5.
(马鞍山学业水平测试)(本小题满分8分)
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是BB1、CD的中点.
(Ⅰ)证明:AD⊥D1F;
(Ⅱ)求AE与D1F所成的角;
(Ⅲ)证明:面AED⊥面A1FD1.
解:以D为原点,DA,DC,DD1为x,y,z轴建立空间直角坐标系.
设正方体的棱长为1…………………………………………………………………………1分
则有A(1,0,0),E(1,2,
),F(0,
,0),D1(0,0,1),A1(1,0,1)……2分
(Ⅰ)
,∴AD⊥D1F………………………4分
(Ⅱ)
,∴AE⊥D1F
AE与D1F所成的角为900…………………………………………………………………6分
(Ⅲ)由以上可知D1F⊥平面AED,又D1F在平面A1FD1内,
∴面AED⊥面A1FD1……………………………………………………………………8分
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是以
为斜边的等腰直角三角形,
分别为
,
,
的中点,
,
.
(I)设
是
的中点,证明:
平面
;
(II)证明:在
内存在一点
,使
平面
.
证明:(I)如图,连结OP,以O为坐标原点,分别以OB、OC、OP所在
直线为
轴,
轴,
轴,建立空间直角坐标系O
,则
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,由题意得,
因
,因此平面BOE的法向量为
,
得
,又直线
不在平面
内,因此有
平面![]()
(II)设点M的坐标为
,则
,因为
平面BOE,所以有
,因此有
,即点M的坐标为
,在平面直角坐标系
中,
的内部区域满足不等式组
,经检验,点M的坐标满足上述不等式组,所以在
内存在一点
,使
平面
,