题目内容
【题目】如图,在长方体ABCD﹣HKLE中,底面ABCD是边长为3的正方形,对角线AC与BD相交于点O,点F在线段AH上且
,BE与底面ABCD所成角为
.
![]()
(1)求证:AC⊥BE;
(2)M为线段BD上一点,且
,求异面直线AM与BF所成角的余弦值.
【答案】(1)见解析;(2)![]()
【解析】
(1)推导出DE⊥AC,AC⊥BD,从而AC⊥平面BDE.由此能证明AC⊥BE.
(2)推导出∠DBE为直线BE与平面ABCD所成的角,∠DBE
,在DE上取一点G,使DG
DE,连接FG,则四边形FBCG为平行四边形,BF∥CG,在BD上取一点N,使DN=BM,推导出AM∥CN,从而∠GCN(或其补角)为异面直线AM与BF所成的角,由余弦定理能求出异面直线AM与BF所成角的余弦值.
解:(1)证明:因为在长方体ABCD﹣HKLE中,有DE⊥平面ABCD,
所以DE⊥AC,
因为四边形ABCD是正方形,所以AC⊥BD,
又BD∩DE=D,从而AC⊥平面BDE.
而BE平面BDE,
所以AC⊥BE.
(2)因为在长方体ABCD﹣HKLE中,有BE与平面ABCD所成角为
,
由(1)知∠DBE为直线BE与平面ABCD所成的角,
所以∠DBE
,
所以
.
由AD=3可知
,
所以AH=3
,
又2
,
即AF
AH,
故
,
在DE上取一点G,使DG
DE,
连接FG,
则在长方体ABCD﹣HKLE中,有FG∥AD∥BC,
且FG=AD=BC,
所以四边形FBCG为平行四边形,
所以BF∥CG,
在BD上取一点N,使DN=BM,
因为BM
,BD=3
,
所以DN=BM
,
所以在正方形ABCD中,ON=OM,
所以△CON≌△AOM,
所以∠CNO=∠
所以AM∥CN,
所以∠GCN(或其补角)为异面直线AM与BF所成的角,
在△GNC中,GC=BF
,
在△AMB中,由余弦定理得AM
,
则CN=AM
,
又GN
2
,
在△GNC中,由余弦定理得:
cos∠GCN
.
故异面直线AM与BF所成角的余弦值为
.
![]()