| 8.6.2 直线与平面垂直 题目答案及解析

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必修二

第八章 立体几何初步

8.6 空间直线、平面的垂直

8.6.2 直线与平面垂直

如图.在多面体$ABCDEF$中,平面$EAB\perp$平面$ABCD$,平面$EAD\perp$平面$ABCD$$ABCD$是菱形,$\angle ABC=60^\circ$$AB=2$$FC//EA$$EA=3$$FC=1$

$(1)$证明:$FC\perp$平面$ABCD$

$(2)$求二面角$B-EF-D$的平面角的余弦值.

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$(1)$证明见解析;

$(2)$$-\\dfrac{1}{5}$

"]]

$(1)$在平面$ABE$中,作$EM\perp AB$,在平面$EAD$中,作$EN\perp AB$

$\because $ 平面$EAB\perp$平面$ABCD$,平面$EAD\perp$平面$ABCD$

$\therefore EM\perp$平面$ABCD$$EN\perp$平面$ABCD$

$EM$$EN$重合,即$EM$$EN$是平面$EAB$与平面$EAD$的公共交线,

$EM$$EN$$EA$重合,即$EA\perp$平面$ABCD$

$\because FC//EA$

$\therefore FC\perp$平面$ABCD$

$(2)$$\because ABCD$是菱形,$\angle ABC=60^\circ$$AB=2$$EA=3$$FC=1$

$\therefore $$AC$$BD$的交点是$O$

$AC=AB=BC=2$$AO=OC=1$$OB=OD=\sqrt{3}$

$O$为坐标原点,建立空间直角坐标系如图:

$B(\sqrt{3},0,0)$$E(0,-1,3)$$F(0,1,1)$$D(-\sqrt{3},0,0)$

$\overrightarrow{EF}=(0,2,-2)$$\overrightarrow{BF}=(-\sqrt{3},1,1)$$\overrightarrow{DF}=(\sqrt{3},1,1)$

设平面$BEF$的法向量为$\boldsymbol{m}=(x,y,z)$,平面$DEF$的法向量为$\boldsymbol{n}=(a,b,c)$

$\begin{cases}{\boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{EF}=0}\\ {\boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{BF}=0}\end{cases}$$\begin{cases}{-\sqrt{3}x+y+z=0}\\ {2y-2z=0}\end{cases}$

$y=\sqrt{3}$,则$z=\sqrt{3}$$x=2$,即$\boldsymbol{m}=(2,\sqrt{3},\sqrt{3})$

$\begin{cases}{\boldsymbol{n}\cdot \overrightarrow{EF}=0}\\ {\boldsymbol{n}\cdot \overrightarrow{DF}=0}\end{cases}$,得$\begin{cases}{2b-2c=0}\\ {\sqrt{3}a+b+c=0}\end{cases}$

$b=\sqrt{3}$,则$c=\sqrt{3}$$a=-2$,即$\boldsymbol{n}=(-2,\sqrt{3},\sqrt{3})$

$\cos\langle \boldsymbol{m},\boldsymbol{n}\rangle=\dfrac{\boldsymbol{m}\cdot \boldsymbol{n}}{\vert \boldsymbol{m}\vert \vert \boldsymbol{n}\vert }=\dfrac{-4+3+3}{\sqrt{10}\times \sqrt{10}}=\dfrac{2}{10}=\dfrac{1}{5}$

由图象知二面角$B-EF-D$是钝二面角,

则二面角的余弦值为$-\dfrac{1}{5}$

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