已知正方体ABCD-A 1 B 1 C 1 D 1 中,E为棱CC 1 的动点.

已知正方体ABCD-A 1 B 1 C 1 D 1 中,E为棱CC 1 的动点.
(1)当E恰为棱CC 1 的中点时,试证明:平面A 1 BD⊥平面EBD;
(2)在棱CC 1 上是否存在一个点E,可以使二面角A 1 -BD-E的大小为45°?如果存在,试确定点E在棱CC 1 上的位置;如果不存在,请说明理由.
南雁霜声 1年前 已收到1个回答 举报

oo二 幼苗

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(1)证明:连接AC,BD,设AC∩BD=O,连接A 1 O,OE,
在等边△A 1 BD中,BD⊥A 1 O,
∵BD⊥A 1 E,A 1 O⊂平面A 1 OE,A 1 O∩A 1 E=A 1
∴BD⊥平面A 1 OE,
于是BD⊥OE,
∴∠A 1 OE是二面角A 1 -BD-E的平面角,
在正方体ABCD-A 1 B 1 C 1 D 1 中,设棱长为2a,
∵E是棱CC 1 的中点,
∴由平面几何知识,得 EO=
3 a , A 1 O=
6 a ,A 1 E=3a,
满足 A 1 E 2 = A 1 O 2 + EO 2 ,
∴∠A 1 OE=90°,即平面A 1 BD⊥平面EBD.
(2)在正方体ABCD-A 1 B 1 C 1 D 1 中,
假设棱CC 1 上存在点E,可以使二面角A 1 -BD-E的大小为45°,
由(1)知,∠A 1 OE=45°,
设正方体ABCD-A 1 B 1 C 1 D 1 的棱长为2a,EC=x,
由平面几何知识,得EO=
2a 2 + x 2 , A 1 O=
6 a , A 1 E=
8 a 2 +(2a-x ) 2 ,
∴在△A 1 OE中,由 A 1 E 2 = A 1 O 2 + EO 2 -2 A 1 O•EO•cos∠ A 1 OE ,
得x 2 -8ax-2a 2 =0,
解得 x=4a±3
2 a ,
∵ 4a+3
2 a>2a,4a-3
2 a<0 ,
∴棱OC 1 上不存在满足条件的点.

1年前

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