19. [解析]不妨设正三角形ABC 的边长为 3 .

(解法一)(I)在图1中,取BE的中点D,连结DF.

∵AEEB=CFFA=12,∴AF=AD=2,而∠A=600,∴△ADF是正三角形,

又AE=DE=1,∴EF⊥AD.…………2分

在图2中,A1E⊥EF,BE⊥EF,∴∠A1EB为二面角A1-EF-B的平面角.

由题设条件知此二面角为直二面角,∴A1E⊥BE.

又BE∩EF=E,∴A1E⊥平面BEF,即A1E⊥平面BEP.……….4分

(II)在图2中,∵A1E不垂直于A1B,∴A1E是平面A1BP的斜线.

又A1E⊥平面BEP, ∴A1E⊥BP,

从而BP垂直于A1E在平面A1BP内的射影(三垂线定理的逆定理).

设A1E在平面A1BP内的射影为A1Q,且A1Q交BP于点Q,则

∠EA1Q就是A1E与平面A1BP所成的角,…………………6分

且BP⊥A1Q.

在△EBP中,∵BE=BP=2,∠EBP=600,

∴△EBP是等边三角形,∴BE=EP.

又A1E⊥平面BEP,∴A1B=A1P,∴Q为BP的中点,且EQ=,

又A1E=1,在Rt△A1EQ ,tan∠EA1Q=,∴∠EA1Q=600.

所以直线A1E与平面A1BP所成的角为600.…………………8分

(III)在图3中,过F作FM⊥A1P于M,连结QM,QF.

∵CF=CP=1, ∠C=600. ∴△FCP是正三角形,∴PF=1.

又PQ=BP=1,∴PF=PQ.     ①

∵A1E⊥平面BEP,EQ=EF=, 

∴A1F=A1Q,∴△A1FP≌△A1QP,

从而∠A1PF=∠A1PQ.        ②

由①②及MP为公共边知,△FMP≌△QMP,

∴∠QMP=∠FMP=900,且MF=MQ,

从而∠FMQ为二面角B-A1P-F的平面角.……………10分

在Rt△A1QP中,A1Q=A1F=2,PQ=1,∴A1P=.

∵MQ⊥A1P, ∴MQ=,∴MF=.

在△FCQ中,FC=1,QC=2,∠C=600,由余弦定理得QF=.

在△FMQ中,cos∠FMQ=.

所以二面角B-A1P-F的余弦值是..……………..13分

(解法二)(I)同解法一.

(II)建立分别以ED、EF、EA为x轴、y轴、z轴的空间直角坐标系,则E(0,0,0),A(0,0,1),

B(2,0,0),F(0, ,0), P (1, ,0),则,.

设平面ABP的法向量为,

由平面ABP知,,即

令,得,.

,

,

所以直线A1E与平面A1BP所成的角为600.

(II) ,设平面AFP的法向量为.

由平面AFP知,,即

令,得,.

,

所以二面角B-A1P-F的余弦值是..……………..13分

[链接高考]本题主要考查四棱锥的有关知识,直线与平面垂直,直线于平面所成的角,二面角的问题,以及分析问题与解决问题的能力.简单几何体是立体几何解答题的主要载体,特别是棱柱和棱锥.

 0  250932  250940  250946  250950  250956  250958  250962  250968  250970  250976  250982  250986  250988  250992  250998  251000  251006  251010  251012  251016  251018  251022  251024  251026  251027  251028  251030  251031  251032  251034  251036  251040  251042  251046  251048  251052  251058  251060  251066  251070  251072  251076  251082  251088  251090  251096  251100  251102  251108  251112  251118  251126  447090 

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