Question

9．將邊長為2的正方形ABCD沿對角線BD折疊，使得平面ABD⊥平面CBD，AE⊥平面ABD，且AE=$\sqrt{2}$．
（1）求證：DE⊥AC．
（2）求DE與平面BEC所成角的正切值．
（3）直線BE上是否存在一點M，使得CM∥平面ADE？若存在，求點M的位置；若不存在，請說明理由．

Answer 1

分析 （1）以A為坐標原點，AB，AD，AE所在的直線分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標系，求出所用點的坐標，然后利用$\overrightarrow{DE}•\overrightarrow{AC}$=（0，-2，$\sqrt{2}$）•（1，1，$\sqrt{2}$）=0，可知DE⊥AC；
（2）求出平面BCE的法向量為$\overrightarrow{n}$，設DE與平面BEC所成的角為θ，由sinθ=|cos＜$\overrightarrow{n}，\overrightarrow{DE}$＞|=$\frac{|\overrightarrow{n}•\overrightarrow{DE}|}{|\overrightarrow{n}||\overrightarrow{DE}|}=\frac{\sqrt{6}}{3}$，再求出cosθ，利用商的關(guān)系可得tanθ；
（3）假設存在點M使得CM∥平面ADE，且$\overrightarrow{EM}=λ\overrightarrow{EB}$，由此向量等式求出M的坐標，得到$\overrightarrow{CM}$，再由AB⊥平面ADE，結(jié)合$\overrightarrow{CM}•\overrightarrow{AB}=0$求得λ值得答案．

解答 （1）證明：以A為坐標原點，AB，AD，AE所在的直線分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標系，如圖所示，則E（0，0，$\sqrt{2}$），
B（2，0，0），D（0，2，0）．
取BD的中點F并連接CF，AF．由題意得，CF⊥BD且AF=CF=$\sqrt{2}$．
又∵平面BDA⊥平面BDC，
∴CF⊥平面BDA，
∴C（1，1，$\sqrt{2}$），
∴$\overrightarrow{DE}$=（0，-2，$\sqrt{2}$），$\overrightarrow{AC}$=（1，1，$\sqrt{2}$）．
∵$\overrightarrow{DE}•\overrightarrow{AC}$=（0，-2，$\sqrt{2}$）•（1，1，$\sqrt{2}$）=0，
∴DE⊥AC；
（2）解：設平面BCE的法向量為$\overrightarrow{n}$=（x，y，z），則
$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{EB}=2x-\sqrt{2}z=0}\\{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{CB}=x-y-\sqrt{2}z=0}\end{array}\right.$，令x=1，得$\overrightarrow{n}$=（1，-1，$\sqrt{2}$）．
設DE與平面BEC所成的角為θ，則
sinθ=|cos＜$\overrightarrow{n}，\overrightarrow{DE}$＞|=$\frac{|\overrightarrow{n}•\overrightarrow{DE}|}{|\overrightarrow{n}||\overrightarrow{DE}|}=\frac{\sqrt{6}}{3}$，
∴$cosθ=\frac{{\sqrt{3}}}{3}，tanθ=\sqrt{2}$；
（3）解：假設存在點M使得CM∥平面ADE，且$\overrightarrow{EM}=λ\overrightarrow{EB}$，
∵$\overrightarrow{EB}=（2，0，-\sqrt{2}）$，∴$\overrightarrow{EM}=（2λ，0，-\sqrt{2}λ）$，
得M（2λ，0，$\sqrt{2}-\sqrt{2}λ$），
∴$\overrightarrow{CM}=（2λ-1，-1，-\sqrt{2}λ）$，
又AB⊥平面ADE，
∴$\overrightarrow{AB}$=（2，0，0）為平面ADE的一個法向量．
∵CM∥平面ADE，∴$\overrightarrow{CM}⊥\overrightarrow{AB}$，即$\overrightarrow{CM}•\overrightarrow{AB}=0$．
即2（2λ-1）=0，∴λ=$\frac{1}{2}$．
故點M為BE的中點時，CM∥平面ADE．

點評 本題考查直線與平面平行的判定，考查直線與平面垂直的性質(zhì)，訓練了利用空間向量求線面角，是中檔題．