题目内容
(本小题满分14分)
如图,圆柱的高为2,底面半径为3,AE、DF是圆柱的两条母线,B、C是下底面圆周上的两点,已知四边形ABCD是正方形。
(Ⅰ)求证:
;
(Ⅱ)求正方形ABCD的边长;
(Ⅲ)求直线
与平面
所成角的正弦值。
(本小题满分14分)
解:(1)
AE是圆柱的母线![]()
底面BEFC, …… 1分
又
面BEFC ![]()
…… 2分
又
ABCD是正方形 ![]()
![]()
又![]()
![]()
面ABE …… 3分
又
面ABE ![]()
…… 4分
(2)
四边形
为矩形,且ABCD是正方形
EF
BC
![]()
![]()
四边形EFBC为矩形
BF为圆柱下底面的直径 …… 1分
设正方形ABCD的边长为
,则AD=EF=AB=![]()
在直角
中AE=2,AB=
,且BE2+AE2= AB2,得BE2=
2-4
在直角
中BF=6,EF=
,且BE2+EF2= BF2,的BE2=36-
2 …… 2分
解得
=
,即正方形ABCD的边长为
…… 3分
(3)解法一:如图以F为原点建立空间直角坐标系,
则A(
,0,2) ,B(
,4,0) ,E(
,0,0) ,
(
,0, 2) ,
(
,4,0) ,
(
,0,0) …… 1分
设面AEF的法向量为
(
,
,
) ,则
… 3分
令
,则
即
(
,
,
) …… 4分
设直线
与平面
所成角的大小为
,则
…… 6分
所以直线
与平面
所成角的正弦值为
。 …… 7分
解法二:如图以E为原点建立空间直角坐标系,
则A(0,0,2) ,B(4,0,0) ,F(0,
,0) ,
(-4,
,0),
(0,
,-2) ,
(0,
,0) …… 1分
设面AEF的法向量为
(
,
,
) ,则
…… 3分
令
,则
即
(
,
,
) …… 4分
设直线
与平面
所成角的大小为
,则
…… 6分
所以直线
与平面
所成角的正弦值为
。 …… 7分