题目内容
【题目】如图,正方形
与梯形
所在的平面互相垂直,
,
,点
在线段
上.
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(Ⅰ) 若点
为
的中点,求证:
平面
;
(Ⅱ) 求证:平面
平面
;
(Ⅲ) 当平面
与平面
所成二面角的余弦值为
时,求
的长.
【答案】(1)证明见解析;(2)证明见解析;(3)
.
【解析】
(1)建立空间直角坐标系,利用空间向量的结论可证得BM⊥平面ADEF的法向量,从而可证得线面平行;
(2)分别求得平面
,平面
的法向量,由法向量的数量积为0可证得面面垂直;
(3)设
,由题意可得点M的坐标,分别求得两个半平面的法向量,由二面角的余弦值得到关于
的方程,解方程求得
的值即可确定
的长.
(1)∵正方形ADEF与梯形ABCD所在的平面互相垂直,AD为交线,
∴ED⊥平面ABCD,由已知得DA,DE,DC两两垂直,
如图建系D-xyz,可得D(0,0,0),A(1,0,0),B(1,1,0),C(0,2,0),E(0,0,1),F(1,0,1).
由M为C的中点,知
,故
.
易知平面ADEF的法向量为
,
,
∵BM
平面ADEF,∴BM//平面ADEF.
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(2)由(1)知
,
设平面BDE的法向量为
,
平面BEC的法向量为
,
由
得
,
由
得
,
,故平面BDE⊥平面BEC.
(3)设
,设
,计算可得
,
则
,
设平面BDM的法向量为
,
由
得
,
易知平面ABF的法向量为
,
由已知得
,
解得
,此时
,
,则
,即AM的长为
.
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