Question

如圖所示的多面體中，ABCD是菱形，ED∥FB，ED⊥面ABCD，AD=BD=2，BF=2DE=2

2

．
（Ⅰ）求證：AE⊥CF；
（Ⅱ）求二面角A-FC-E的余弦值．

Answer 1

考點(diǎn)：與二面角有關(guān)的立體幾何綜合題

專題：空間角

分析：（Ⅰ）以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以O(shè)A，OB所在直線為x軸，y軸，建立空間直角坐標(biāo)系，由此能證明AE⊥FC．
（Ⅱ）求出平面AFC的一個(gè)法向量和平面EFC的一個(gè)法向量，由此能求出二面角A-FC-E的余弦值．

解答： （Ⅰ）證明：∵ABCD是菱形，AD=BD=2，∴AC⊥BD，AC=2

3

，
∵ED⊥平面ABCD，BD=2，BF=2DE=2

2

，
∴以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以O(shè)A，OB所在直線為x軸，y軸，建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系，
則A（

3

，0，0），E（0，-1，

2

），C（-

3

，0，0），F(xiàn)（0，1，2

2

），
∴

AE

=(-

3

，-1，

2

)，

CF

=(

3

，1，2

2

)，
∴

AE

•

CF

=-3-1+4=0，
∴AE⊥CF．
（Ⅱ）解：由（Ⅰ）知A（

3

，0，0），C（-

3

，0，0），F(xiàn)（0，2，

2

），

EC

=(-

3

，1，-

2

)，
設(shè)平面AFC的一個(gè)法向量為

n1

=（x₁，y₁，z₁），
由

AF

•

n1

=0，

AC

•

n1

=0，得

- 3 x   1 +y1+2 2 z1=0 -2 3 x1=0

，
令z₁=1，得

n1

=（0，-2

2

，1），
設(shè)平面EFC的一個(gè)法向量為

n2

=（x₂，y₂，z₂），
由

EF

•

n1

=0，

EC

•

n2

=0，
得

2y2+ 2 z2=0 - 3 x2+y2- 2 z2=0

，
令y₂=-1，得

n2

=（-

3

，-1，

2

），
設(shè)二面角A-FC-E的大小為θ，則：
cosθ=cos＜

n1

，

n2

＞=

0+2 2 + 2

3• 6

=

3

3

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查異面直線垂直的證明，考查二面角的余弦值的求法，解題時(shí)要認(rèn)真審題，注意向量法的合理運(yùn)用．