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如图正方形ABCD的边长为2
2
,四边形BDEF是平行四边形,BD与AC交于点G,O为GC的中点,FO=
3
,且FO⊥平面ABCD.
(Ⅰ)求证:AE∥平面BCF;
(Ⅱ)求证:CF⊥平面AEF;
(Ⅲ)求二面角A-CF-B余弦值的大小.
考点:用空间向量求平面间的夹角,直线与平面平行的判定,直线与平面垂直的判定
专题:空间位置关系与距离,空间角
分析:(Ⅰ)取BC中点H,连结OH,则OH∥BD,由正方形性质得AC⊥BD,从而OH⊥AC,以O为原点,建立直角坐标系,利用向量法能证明AE∥平面BCF.
(Ⅱ)求出
CF
AF
=0,
CF
AE
=0,从而
CF
AF
CF
AE
,由此能证明CF⊥平面AEF.
(Ⅲ)求出平面ACF的法向量和平面BCF的法向量,由此利用向量法能求出二面角A-CF-B余弦值的大小.
解答: (Ⅰ)证明:取BC中点H,连结OH,则OH∥BD,
又四边形ABCD为正方形,∴AC⊥BD,
∴OH⊥AC,∴以O为原点,建立如图所示的直角坐标系,
则A(3,0,0),E(1,2,0),C(-1,0,0),
D(1,-2,0),F(0,0,
3
),
BC
=(-2,-2,0),
CF
=(1,0,
3
),
BF
=(-1,-2,
3
),
设平面BCF的法向量为
n
=(x,y,z),
n
BC
=-2x-2y=0
n
CF
=x+
3
z=0
,取z=1,得
n
=(-
3
3
,1),
又四边形BDEF为平行四边形,
DE
=
BF
=(-1,-2,
3
)

AE
=
AD
+
DE
=
BC
+
DE
=(-2,-2,0)+(-1,-2,
3
)=(-3,-3,
3
),
AE
n
=3
3
-4
3
+
3
=0,
∴AE
n
,又AE?平面BCF,∴AE∥平面BCF.
(Ⅱ)证明:
AF
=(-3,0,
3
)

CF
AF
=-3+3=0,
CF
AE
=-3+3=0,
CF
AF
CF
AE

又AE∩AF=A,∴CF⊥平面AEF.
(Ⅲ)解:∵OH⊥平面ACF,
OH
=(0,1,0)
是平面ACF的法向量,
平面BCF的法向量为
n
=(-
3
3
,1),
设二面角A-CF-B的平面角为θ,
∴cosθ=
OH
n
|
OH
|•|
n
|
=
3
7
=
21
7
点评:本题考查线面平行、线面垂直的证明,考查二面角的平面角的余弦值的求法,是中档题,解题时要注意向量法的合理运用.
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2
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2
3
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3
2
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1
2
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2
2

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BD
=3
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=
a
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=
b
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AF
=(  )
A、
1
4
a
+
1
2
b
B、
3
4
a
+
1
4
b
C、
1
2
a
+
1
4
b
D、
1
4
a
+
3
4
b

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