稿件来源:高途
| 1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系题目答案及解析如下,仅供参考!
选择性必修一
第一章 空间向量与立体几何
1.4 空间向量的应用
1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系
如图,在直四棱柱$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$中,底面$ABCD$是边长为$2$的正方形,侧棱$DD_{1}=6$,点$E$、$F$分别在侧棱$AA_{1}$、$CC_{1}$上,且$A_{1}E=CF=2$.
$(1)$求平面$BEF$与平面$ABCD$夹角的余弦值;
$(2)$已知$O$为底面$A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$的中心,在$BB_{1}$上是否存在点$G$,使得$OG//$平面$BEF$?若存在,求出$\dfrac{BG}{B{B}_{1}}$;若不存在,请说明理由.

$(1)$$\\dfrac{\\sqrt{6}}{6}$;
$(2)$存在,且$\\dfrac{BG}{B{B}_{1}}=\\dfrac{1}{2}$
"]]$(1)$
$\because $ 在直四棱柱$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$中,底面$ABCD$是边长为$2$的正方形,
以点$D$为原点,$DA$、$DC$、$DD_{1}$所在直线分别为$x$、$y$、$z$轴,建立如图所示的空间直角坐标系,

则$A(2,0,0)$、$B(2,2,0)$、$E(2,0,4)$、$F(0,2,2)$,
$\therefore \overrightarrow{AB}=(0,2,0)$,$\overrightarrow{BE}=(0,-2,4)$,$\overrightarrow{EF}=(-2,2,-2)$,
设平面$BEF$的法向量为$\boldsymbol{m}=(x,y,z)$,
则$\begin{cases}\boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{BE}=-2y+4z=0\\ \boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{EF}=-2x+2y-2z=0\end{cases}$,
令$x=1$,则$\boldsymbol{m}=(1,2,1)$,
易知$\boldsymbol{n}=(0,0,1)$是平面$ABCD$的一个法向量,
$\therefore \vert \cos \langle \boldsymbol{m},\boldsymbol{n}\rangle \vert =\dfrac{\vert \boldsymbol{m}\cdot \boldsymbol{n}\vert }{\vert \boldsymbol{m}\vert \cdot \vert \boldsymbol{n}\vert }=\dfrac{1}{\sqrt{6}}=\dfrac{\sqrt{6}}{6}$,
即平面$BEF$与平面$ABCD$夹角的余弦值为$\dfrac{\sqrt{6}}{6}$.
$(2)$由$(1)$可得$O(1,1,6)$、$B_{1}(2,2,6)$,$\overrightarrow{B{B}_{1}}=(0,0,6)$,
假设存在满足条件的点$G$,设$G(2,2,t)(0\leqslant t\leqslant 6)$,
$\therefore \overrightarrow{OG}=(1,1,t-6)$,
$\because OG//$平面$BEF$,
$\therefore \boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{OG}=1+2+t-6=t-3=0$,
解得$t=3$,
故当$\dfrac{BG}{B{B}_{1}}=\dfrac{1}{2}$时,$OG//$平面$BEF$.
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