题目内容

【题目】如图,在四边形ABCD中,AB//CD,∠ABD=30°,AB=2CD=2AD=2,DE⊥平面ABCD,EF//BD,且BD=2EF.

(Ⅰ)求证:平面ADE⊥平面BDEF;

(Ⅱ)若二面角CBFD的大小为60°,求CF与平面ABCD所成角的正弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】分析:(1)根据面面垂直的判定定理即可证明平面ADE⊥平面BDEF;

(2)建立空间直角坐标系,利用空间向量法即可求CF与平面ABCD所成角的正弦值;也可以应用常规法,作出线面角,放在三角形当中来求解.

详解:(Ⅰ)在△ABD中,∠ABD=30°,由AO2=AB2+BD2-2AB·BDcos30°,

解得BD=,所以AB2+BD2=AB2,根据勾股定理得∠ADB=90°∴AD⊥BD.

又因为DE⊥平面ABCD,AD平面ABCD,∴AD⊥DE.

又因为BDDE=D,所以AD⊥平面BDEF,又AD平面ABCD,

∴平面ADE⊥平面BDEF,

(Ⅱ)方法一:

如图,由已知可得,,则

,则三角形BCD为锐角为30°的等腰三角形.

则.

过点C做,交DB、AB于点G,H,则点G为点F在面ABCD上的投影.连接FG,则

,DE⊥平面ABCD,则平面.

过G做于点I,则BF平面,即角为

二面角CBFD的平面角,则60°.

则,,则.

在直角梯形BDEF中,G为BD中点,,,,

设 ,则,,则.

,则,即CF与平面ABCD所成角的正弦值为.

(Ⅱ)方法二:

可知DA、DB、DE两两垂直,以D为原点,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz.

设DE=h,则D(0,0,0),B(0,,0),C(-,-,h).

,.

设平面BCF的法向量为m=(x,y,z),

则所以取x=,所以m=(,-1,-),

取平面BDEF的法向量为n=(1,0,0),

由,解得,则,

又,则,设CF与平面ABCD所成角为,

则sin=.

故直线CF与平面ABCD所成角的正弦值为

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