21.(本小题满分12分)
如图,直二面角D-AB-E中,四边形ABCD是边长为2的正方形,AE=EB,F为CE上的点,且BF⊥平面ACE.
(Ⅰ)求证AE⊥平面BCE;
(Ⅱ)求二面角B-AC-E的大小;
(Ⅲ)求点D到平面ACE的距离.

解法一:(Ⅰ) ∵BF⊥平面ACE,∴BF⊥AE,∵二面角D-AB-E为直二面角,且CB⊥AB,
∴CB⊥平面ABE,∴CB⊥AE,∴AE⊥平面BCE
(Ⅱ)连结BD交AC于G,连结FG,∵正方形ABCD边长为2,∴BG⊥AC,BG=
,
∵BF⊥平面ACE,由三垂线定理的逆定理得FG⊥AC,∴∠BCF是二面角B-AC-E的平面角,
由(Ⅰ)AE⊥平面BCE,∴AE⊥EB.又∵AE=EB,∴在等腰直角三角形中,BE=
.
又∵直角三角形BCE中,EC=
,BF=
∴直角三角形BFG中,sin∠BGF=
,∴二面角B-AC-E等于arcsin
.
,(Ⅲ)过E作EO⊥AB交AB于O,OE=1,∵二面角D-AB-E为直二面角,∴EO⊥平面ABCD.
设D到平面ACE的距离为h,∵
,∴
.
∵AE⊥平面BCE,∴AE⊥EC.∴h=
.
∴点D点D到平面ACE的距离为
.
解法二:(Ⅰ)同解法一.
(Ⅱ)以线段AB的中点为原点O,OE所在直线为x轴,AB所在直线为y轴,过O点平行于AD的直线为z轴,建立空间直角坐标系O-xyz,如图
∵AE⊥平面BCE,BE
面BCE,∴AE⊥BE,在直角三角形AEB中,AB=2,O为AB的中点
∴OE=1,A(0,-1,0),E(1,0,0),C(0,1,2),

设平面AEC的一个法向量
=(x,y,z),则
即
解得
令x=1,得
=(1,-1,1)是平面EAC的一个法向量,又平面BAC的一个法向量为
=(1,0,0),
∴cos(
)=
∴二面角B-AC-E的大小为arccos
.
(Ⅲ)∵AD∥z轴,AD=2,∴
,∴点D到平面ACE的距离
d=|
|
.