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

面BEFC                                    …… 2分

ABCD是正方形

面ABE                                 …… 3分

面ABE                                     …… 4分

(2)四边形为矩形,且ABCD是正方形 EFBC          

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

,则(  )                …… 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

,则(  )                …… 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

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