在如图1所示的等腰梯形ABCD中,AB∥CD,且AB=AD=BC=12CD=a,E为CD中点.若沿AE将三角形DAE折起,使平面DA
在如图1所示的等腰梯形ABCD中,AB∥CD,且AB=AD=BC=12CD=a,E为CD中点.若沿AE将三角形DAE折起,使平面DAE⊥平面ABCE,连接DB,DC,得到...
在如图1所示的等腰梯形ABCD中,AB∥CD,且AB=AD=BC=12CD=a,E为CD中点.若沿AE将三角形DAE折起,使平面DAE⊥平面ABCE,连接DB,DC,得到如图2所示的几何体D-ABCE,在图2中解答以下问题:(Ⅰ)设F为AB中点,求证:DF⊥AC;(Ⅱ)求二面角A-BD-C的正弦值.
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(Ⅰ)证明:取AE中点H,连接HF,连接EB
因为△DAE为等边三角形,所以DH⊥AE
因为平面DAE⊥平面ABCE,平面DAE∩平面ABCE=AE
所以DH⊥平面ABCE,
因为AC?平面ABCE
所以AC⊥DH…(2分)
因为ABCE为平行四边形,CE=BC=a
所以ABCE为菱形,所以AC⊥BE
因为H、F分别为AE、AB中点,所以HF∥BE
所以AC⊥HF…(4分)
因为HF?平面DHF,DH?平面DHF,且HF∩DH=H
所以AC⊥平面DHF,又DF?平面DHF
所以DF⊥AC…(6分)
(Ⅱ)解:连接BH,EB
由题意得三角形ABE为等边三角形,所以BH⊥AE
由(Ⅰ)知DH⊥底面ABCE以H为原点,分别以HA,HB,HD所在直线为x,y,z轴
建立空间直角坐标系,如图所示
则A(
,0,0),B(0,
a,0),D(0,0,
a),C(-a,
a,0)
所以
=(0,-
a,
a),
=(-a,0,0)
设面DCB的法向量为
=(x,y,z),则
因为△DAE为等边三角形,所以DH⊥AE
因为平面DAE⊥平面ABCE,平面DAE∩平面ABCE=AE
所以DH⊥平面ABCE,
因为AC?平面ABCE
所以AC⊥DH…(2分)
因为ABCE为平行四边形,CE=BC=a
所以ABCE为菱形,所以AC⊥BE
因为H、F分别为AE、AB中点,所以HF∥BE
所以AC⊥HF…(4分)
因为HF?平面DHF,DH?平面DHF,且HF∩DH=H
所以AC⊥平面DHF,又DF?平面DHF
所以DF⊥AC…(6分)
(Ⅱ)解:连接BH,EB
由题意得三角形ABE为等边三角形,所以BH⊥AE
由(Ⅰ)知DH⊥底面ABCE以H为原点,分别以HA,HB,HD所在直线为x,y,z轴
建立空间直角坐标系,如图所示
则A(
a |
2 |
| ||
2 |
| ||
2 |
| ||
2 |
所以
BD |
| ||
2 |
| ||
2 |
BC |
设面DCB的法向量为
m |
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