题目内容

【题目】(2017高考新课标Ⅲ,理19)如图,四面体ABCD中,△ABC是正三角形,△ACD是直角三角形,∠ABD=∠CBD,AB=BD.

(1)证明:平面ACD⊥平面ABC;

(2)过AC的平面交BD于点E,若平面AEC把四面体ABCD分成体积相等的两部分,求二面角D–AE–C的余弦值.

【答案】(1)见解析;(2).

【解析】试题分析:(1)利用题意证得二面角的平面角为90°,则可得到面面垂直;

(2)利用题意求得两个半平面的法向量,然后利用二面角的夹角公式可求得二面角D–AE–C的余弦值为.

试题解析:(1)由题设可得,,从而.

又是直角三角形,所以.

取AC的中点O,连接DO,BO,则DO⊥AC,DO=AO.

又由于是正三角形,故.

所以为二面角的平面角.

在中,.

又,所以,

故.

所以平面ACD⊥平面ABC.

(2)由题设及(1)知,两两垂直,以为坐标原点,的方向为轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系.则.

由题设知,四面体ABCE的体积为四面体ABCD的体积的,从而E到平面ABC的距离为D到平面ABC的距离的,即E为DB的中点,得.

故.

设是平面DAE的法向量,则即

可取.

设是平面AEC的法向量,则同理可取.

则.

所以二面角D-AE-C的余弦值为.

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