题目内容
【题目】如图,在四棱锥E﹣ABCD中,底面ABCD为矩形,平面ABCD⊥平面ABE,∠AEB=90°,BE=BC,F为CE的中点,
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(1)求证:AE∥平面BDF;
(2)求证:平面BDF⊥平面ACE;
(3)2AE=EB,在线段AE上找一点P,使得二面角P﹣DB﹣F的余弦值为
,求P的位置.
【答案】(1)见解析(2)见解析(3)P在E处.
【解析】
(1)通过证明FG∥AE即可证明;
(2)通过证明BF⊥平面ACE,即可证得面面垂直;
(3)建立空间直角坐标系,利用两个半平面法向量关系求解.
证明:(1)设AC∩BD=G,连接FG,易知G是AC的中点,
∵F是EC中点.
∴在△ACE中,FG∥AE,
∵AE平面BFD,FG平面BFD,
∴AE∥平面BFD.
(2)∵平面ABCD⊥平面ABE,BC⊥AB,
平面ABCD∩平面ABE=AB,
∴BC⊥平面ABE,又∵AE平面ABE,
∴BC⊥AE,
又∵AE⊥BE,BC∩BE=B,
∴AE⊥平面BCE,即AE⊥BF,
在△BCE中,BE=CB,F为CE的中点,
∴BF⊥CE,AE∩CE=E,
∴BF⊥平面ACE,
又BF平面BDF,
∴平面BDF⊥平面ACE.
(3)如图建立坐标系,设AE=1,
则B(2,0,0),D(0,1,2),C(2,0,2),F(1,0,1),
设P(0,a,0),
,
,![]()
设平面BDF的法向量为
,且
,
则由
⊥
得﹣2x1+y1+2z1=0,
由
⊥
得﹣x1+z1=0,
令z1=1得x1=1,y1=0,从而![]()
设平面BDP的法向量为
,且
,则
由
⊥
得﹣2x2+y2+2z2=0,
由
⊥
得2x2﹣ay2=0,
令y2=2得x2=a,z2=a﹣1,从而
,
,
解得a=0或a=1(舍)
即P在E处.
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