Question

如圖，DC⊥平面ABC，∠BAC=90°，，點E在BD上，且BE=3ED．
（Ⅰ）求證：AE⊥BC；
（Ⅱ）求二面角B-AE-C的余弦值．

Answer 1

解：（I）在平面BCD中，作EH⊥BC于H，
∵平面BCD中，CD⊥BC，EH⊥BC，∴EH∥CD，得=
∵DC⊥面ABC，∴EH⊥面ABC
連AH，取BC中點M，
∵Rt△ABC中，AC=BC，∴cos∠ACB=，得∠ACB=60°
∵AM=CM=BC，∴△ACM是正三角形，
∵CH=BC=MC，∴H是MC中點，得AH⊥BC
∵EH⊥BC，AH∩EH=H，∴BC⊥面AHE
∵AE⊆平面AHE，∴BC⊥AE…（6分）
（II）作BO⊥AE于O，連CO
∵BC⊥AE，BO、BC是平面BOC內(nèi)的相交直線，∴AE⊥平面BCO，
結(jié)合OC⊆平面BCO，得AE⊥OC，所以∠BOC就是B-AE-C的平面角…（10分）
令A(yù)C=1，則BC=2，AB=，CD=
Rt△EHC中，EH=CD=，CH=BC=，
∴CE==1
∵Rt△AEH中，AH=AB=，∴AE==
在△AEC中，CE=AE=1，CO⊥AE，得CO==
在△ABO中，，BO==
∴△BOC中，cos∠BOC==
所以二面角B-AE-C的余弦值為…（14分）
分析：（I）在平面BCD中，作EH⊥BC于H．平面BCD中，可得EH∥CD，結(jié)合DC⊥面ABC得EH⊥面ABC．連AH，取BC中點M，可證出△ACM是正三角形，且H是MC中點，得AH⊥BC，所以BC⊥面AHE，從而得到BC⊥AE；、
（II）作BO⊥AE于O，連CO．結(jié)合（I）的結(jié)論證出AE⊥平面BCO，所以∠BOC就是B-AE-C的平面角．利用勾股定理，計算出△BOC的各邊長，最后用余弦定理，得出二面角B-AE-C的余弦值．
點評：本題在三棱錐中，證明線面垂直并求二面角的平面角余弦之值，著重考查了空間中直線與直線之間的位置關(guān)系和二面角的平面角的作法和求解等知識，屬于中檔題．