题目内容
【题目】如图,
是边长为3的正方形,
平面
,
,
,BE与平面
所成角为
.
![]()
(Ⅰ)求证:
平面
;
(Ⅱ)求二面角
的余弦值;
(Ⅲ)设点M在线段BD上,且
平面BEF,求
的长.
【答案】(Ⅰ)见证明;(Ⅱ)
(Ⅲ)![]()
【解析】
(Ⅰ)利用线面垂直的判定定理即可证得题中的结论;
(Ⅱ)建立空间直角坐标系,利用平面的法向量可得二面角的余弦值;
(Ⅲ)结合(Ⅱ)中的结果和空间向量的结论求得点M的坐标即可求得
的长.
(Ⅰ)因为
平面
,所以
,
因为
是正方形,所以
,
又BD,DE交于点E,从而
平面
.
(Ⅱ)因为DA,DC,DE两两垂直,所以建立空间直角坐标系
如图所示.
![]()
因为BE与平面
所成角为
,即![]()
所以
.由
可知
,![]()
则
,
,
,
,
,
所以
,![]()
设平面BEF的法向量为
,则
,
即
,令
,则![]()
因为
平面
,所以
为平面
的法向量,
,
所以
.
因为二面角为锐角,所以二面角
的余弦值为
.
(Ⅲ)点M是线段BD上一个动点,设
.则
,
因为
平面BEF,所以
,
即
,解得
.
此时,点M坐标为
,
,符合题意.
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