题目内容


如图1­5所示,△ABC和△BCD所在平面互相垂直,且AB=BC=BD=2,∠ABC=∠DBC=120°,E,F分别为AC,DC的中点.

(1)求证:EF⊥BC;

(2)求二面角E­BF­C的正弦值.

图1­5


解:(1)证明:方法一,过点E作EO⊥BC,垂足为O,连接OF.由△ABC≌△DBC可证出△EOC≌△FOC,所以∠EOC=∠FOC=,即FO⊥BC.又EO⊥BC,EO∩FO=O,所以BC⊥平面EFO.又EF⊂平面EFO,所以EF⊥BC.

图1

方法二,由题意,以B为坐标原点,在平面DBC内过B作垂直BC的直线,并将其作为x轴,BC所在直线为y轴,在平面ABC内过B作垂直BC的直线,并将其作为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,易得B(0,0,0),A(0,-1,),D(,-1,0),C(0,2,0),因而E(0,,),F(,,0),所以=0,

从而,所以EF⊥BC.

图2

(2)方法一,在图1中,过点O作OG⊥BF,垂足为G,连接EG.因为平面ABC⊥平面BDC,所以EO⊥面BDC,又OG⊥BF,所以由三垂线定理知EG⊥BF,

因此∠EGO为二面角E­BF­C的平面角.

在△EOC中,EO=EC=BC·cos 30°=.

由△BGO∽△BFC知,OG=·FC=,因此tan∠EGO==2,从而得sin∠EGO=,即二面角E­BF­C的正弦值为.

方法二,在图2中,平面BFC的一个法向量为n1=(0,0,1).

设平面BEF的法向量n2=(x,y,z),

又=(,,0),=(0,,),

所以得其中一个n2=(1,-,1).

设二面角E­BF­C的大小为θ,且由题知θ为锐角,则cos θ=|cos〈n1,n2〉|==,

因此sin θ==,即所求二面角正弦值为.


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