如图,在长方体ABCD-A 1 B 1 C 1 D 1 中,E、F分别是棱BC,CC 1 上的点,CF=AB=2CE,AB:AD:AA 1 =1:2

如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是棱BC,CC1上的点,CF=AB=2CE,AB:AD:AA1=1:2:4,(1)求异面直线EF与A1D所成角的余弦... 如图,在长方体ABCD-A 1 B 1 C 1 D 1 中,E、F分别是棱BC,CC 1 上的点,CF=AB=2CE,AB:AD:AA 1 =1:2:4,(1)求异面直线EF与A 1 D所成角的余弦值; (2)证明AF⊥平面A 1 ED; (3)求二面角A 1 -ED-F的正弦值. 展开
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(1)如图所示,建立空间直角坐标系,点A为坐标原点,设AB=1,依题意得D(0,2,0),
F(1,2,1),A 1 (0,0,4),E(1,
3
2
,0).
(1)易得
EF
=(0,
1
2
,1),
A 1 D
=(0,2,-4).
于是cos<
EF
A 1 D
>=
EF
?
A 1 D
|
EF
||
A 1 D
|
= -
3
5

所以异面直线EF与A 1 D所成角的余弦值为
3
5

(2)证明:连接ED,易知
AF
=(1,2,1),
E A 1
=(-1, -
3
2
,4),
ED
=(-1,
1
2
,0),
于是
AF
?
E A 1
=0,
AF
?
ED
=0.
因此,AF⊥EA 1 ,AF⊥ED.
又EA 1 ∩ED=E,所以AF⊥平面A 1 ED.
(3)设平面EFD的一个法向量为u=(x,y,z),则
u
EF
=0
u
?
ED
=0

1
2
y+z=0
-x+
1
2
y=0

不妨令x=1,可得u=(1,2,-1).
由(2)可知,
AF
为平面A 1 ED的一个法向量.
于是cos<u,
AF
>=
u
?
AF
|
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