如图,在多面体 $ ABCDEF $ 中,四边形 $ ABCD $ 是正方形,$ EF\parallel AB $,$ EF\perp FB $,$ AB=2EF $,$\angle BFC = 90^\circ $,$ BF=FC $,$ H $ 为 $ BC $ 的中点. 
【难度】
【出处】
2010年高考安徽卷(理)
【标注】
  1. 求证:$ FH\parallel 平面EDB $;
    标注
    答案
    解析
    设 $ AC $ 与 $ BD $ 交于点 $ G $,则 $ G $ 为 $ AC $ 的中点,连 $ EG $,$ GH $, 又 $ H $ 为 $ BC $ 的中点,$\therefore GH\parallel AB$,$ GH=\dfrac{1}{2}AB$,
    又 $EF\parallel AB$,$EF= \dfrac{1}{2}AB $ $\therefore EF\parallel GH$,$EF=GH $,
    $\therefore$ 四边形 $ EFHG $ 为平行四边形,
    $\therefore$ $ GE\parallel FH $,而 $ EG \subset 平面EDB $,$FH\not\subset平面 EDB$,$\therefore$ $ FH\parallel 平面EDB $.
  2. 求证:$ AC\perp 平面EDB $;
    标注
    答案
    解析
    由四边形 $ ABCD $ 为正方形,有 $ AB\perp BC $,又 $ EF\parallel AB $,
    $ \therefore $ $ EF\perp BC $.
    而 $ EF\perp FB $,$\therefore$ $ EF\perp 平面BFC $,$ \therefore $ $ EF\perp FH $,$ \therefore $ $ AB\perp FH $.
    又 $ BF=FC $,$ H $ 为 $ BC $ 的中点,$ \therefore $ $ FH\perp BC $.
    $ \therefore $ $ FH\perp 平面ABCD $,$ \therefore $ $ FH\perp AC $,
    又 $ FH\parallel EG $,$ \therefore $ $ AC\perp EG $.
    又 $ AC\perp BD $,$EG \cap BD=G$,$ \therefore $ $ AG\perp 平面EDB $.
  3. 求二面角 $ B-DE-C $ 的大小.
    标注
    答案
    解析
     如图,以 $H$ 为坐标原点,$HB$ 为 $x$ 轴正方向,如图所示建立空间直角坐标系 $O-xyz$.
    设 $AB=2$,则 $B(1,0,0)$,$E(0,-1,1)$,$D(-1,-2,0)$.所以 $\overrightarrow {BE} = \left( - 1, - 1,1\right),\overrightarrow {BD} = \left( - 2, - 2,0\right).$
    设平面 $ BDE $ 的法向量为 ${\overrightarrow n_1} = \left(1,{y_1},{z_1}\right)$,则\[\begin{split}\overrightarrow {BE} \cdot {\overrightarrow n_1}& = - 1 - {y_1} + {z_1} = 0,\\ \overrightarrow {BD} \cdot {\overrightarrow n_1}& = - 1 - 2{y_1} = 0,\end{split}\]所以 $ {y_1} = - 1 $,$ {z_1} = 0 $,即 $ {\overrightarrow n_1} = \left(1, - 1,0\right) $.
    $ \overrightarrow {CD} = \left(0, - 2,0\right) $,$ \overrightarrow {CE} = \left(1, - 1,1\right) $ 设平面 $ CDE $ 的法向量为 $ \overrightarrow n_2 = \left(1,{y_2},{z_2}\right) $,
    则 $ {\overrightarrow n_2} \cdot \overrightarrow {CD} = 0$,${y_2} = 0 $,故 $\overrightarrow n_2= \left(1,0, - 1\right) $,所以\[ \cos \left \langle \overrightarrow n _1,\overrightarrow n_2 \right \rangle= \dfrac{{\overrightarrow n_1} \cdot {\overrightarrow n_2}}{ \left|\overrightarrow n_1 \right| \cdot \left |\overrightarrow n_2 \right|} = \dfrac{1}{{\sqrt 2 \cdot \sqrt 2 }} = \dfrac{1}{2}, \]所以 $ \left \langle \overrightarrow n _1,\overrightarrow n_2 \right \rangle = {60^ \circ } $,即二面角 $ B-DE-C$ 为 $60^\circ $.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2 问题3 答案3 解析3 备注3
0.141449s