题目内容

【题目】(本题满分12分) 如图,的外接圆的半径为,所在的平面,,,,且,.

(1)求证:平面ADC平面BCDE.

(2)试问线段DE上是否存在点M,使得直线AM与平面ACD所成角的正弦值为?若存在,

确定点M的位置,若不存在,请说明理由.

【答案】(1)答案详见解析;(2)存在,且.

【解析】

试题(1)由已知中CD⊥⊙O所在的平面,BE∥CD,易得BE⊥平面ABC,则BE⊥AB,由BE=1,,易得AB是⊙O的直径,则AC⊥BC由线面垂直的判定定理可得CD⊥平面ABC,再由面面垂直的判定定理可得平面ADC⊥平面BCDE;(2)方法一:过点M作MN⊥CD于N,连接AN,作MF⊥CB于F,连接AF,可得∠MAN为MA与平面ACD所成的角,设MN=x,则由直线AM与平面ACD所成角的正弦值为,我们可以构造关于x的方程,解方程即可求出x值,进而得到点M的位置.方法二:建立如图所示空间直角坐标系C-xyz,求出平面ABC的法向量和直线AM的方向向量(含参数λ),由直线AM与平面ACD所成角的正弦值为,根据向量夹角公式,我们可以构造关于λ的方程,解方程即可得到λ值,进而得到点M的位置.

试题解析:(1)∵CD ⊥平面ABC,BE//CD

∴BE⊥平面ABC,∴BE⊥AB

∵BE=1,∴,

从而

∵⊙的半径为,∴AB是直径,

∴AC⊥BC

又∵CD ⊥平面ABC,∴CD⊥BC,故BC⊥平面ACD

平面BCDE,∴平面ADC平面BCDE

(2)方法1:

假设点M存在,过点M作MN⊥CD于N,连结AN,作MF⊥CB于F,连结AF

∵平面ADC平面BCDE,

∴MN⊥平面ACD,∴∠MAN为MA与平面ACD所成的角

设MN=x,计算易得,DN=,MF=

故

解得:(舍去),…11分

故,从而满足条件的点存在,且

方法2:建立如图所示空间直角坐标系C—xyz,

则:A(4,0,0),B(0,2,0),D(0,0,4),E(0,2,1),O(0,0,0),则

易知平面ABC的法向量为,假设M点存在,设,则,再设 ,

即,从而…10分

设直线BM与平面ABD所成的角为,则:

解得,其中应舍去,而故满足条件的点M存在,且点M的坐标为

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