Question

（2012•西城區二模）如圖，直角梯形ABCD與等腰直角三角形ABE所在的平面互相垂直．AB∥CD，AB⊥BC，AB=2CD=2BC，EA⊥EB．
（Ⅰ）求證：AB⊥DE；
（Ⅱ）求直線EC與平面ABE所成角的正弦值；
（Ⅲ）線段EA上是否存在點F，使EC∥平面FBD？若存在，求出

EF

EA

；若不存在，說明理由．

Answer 1

分析：（Ⅰ）取AB中點O，連接EO，DO．利用等腰三角形的性質，可得EO⊥AB，證明邊形OBCD為正方形，可得AB⊥OD，利用線面垂直的判定可得AB⊥平面EOD，從而可得AB⊥ED；
（Ⅱ）由平面ABE⊥平面ABCD，且EO⊥AB，可得EO⊥平面ABCD，從而可得EO⊥OD．建立空間直角坐標系，確定平面ABE的一個法向量為

OD

=(0，1，0)，

EC

=(1，1，-1)，利用向量的夾角公式，可求直線EC與平面ABE所成的角；
（Ⅲ）存在點F，且

EF

EA

=

1

3

時，有EC∥平面FBD．確定平面FBD的法向量，證明

EC

•

v

=0即可．

解答：（Ⅰ）證明：取AB中點O，連接EO，DO．
因為EB=EA，所以EO⊥AB．                            …（1分）
因為四邊形ABCD為直角梯形，AB=2CD=2BC，AB⊥BC，
所以四邊形OBCD為正方形，所以AB⊥OD．   …（2分）
因為EO∩OD=O
所以AB⊥平面EOD．      …（3分）
因為ED?平面EOD
所以AB⊥ED．        …（4分）
（Ⅱ）解：因為平面ABE⊥平面ABCD，且 EO⊥AB，平面ABE∩平面ABCD=AB
所以EO⊥平面ABCD，
因為OD?平面ABCD，所以EO⊥OD．
由OB，OD，OE兩兩垂直，建立如圖所示的空間直角坐標系O-xyz． …（5分）
因為△EAB為等腰直角三角形，所以OA=OB=OD=OE，設OB=1，所以O（0，0，0），A（-1，0，0），B（1，0，0），C（1，1，0），D（0，1，0），E（0，0，1）．
所以

EC

=(1，1，-1)，平面ABE的一個法向量為

OD

=(0，1，0)． …（7分）
設直線EC與平面ABE所成的角為θ，
所以 sinθ= |cos?

EC

，

OD

＞| =

| EC • OD |

| EC || OD |

=

3

3

，
即直線EC與平面ABE所成角的正弦值為

3

3

．               …（9分）
（Ⅲ）解：存在點F，且

EF

EA

=

1

3

時，有EC∥平面FBD．             …（10分）
證明如下：由 

EF

=

1

3

EA

=(-

1

3

，0，-

1

3

)，F(-

1

3

，0，

2

3

)，所以

FB

=(

4

3

，0，-

2

3

)．
設平面FBD的法向量為

v

=（a，b，c），則有

v • BD =0 v • FB =0

所以

-a+b=0 4 3 a- 2 3 z=0.

取a=1，得

v

=（1，1，2）．              …（12分）
因為

EC

•

v

=（1，1，-1）•（1，1，2）=0，且EC?平面FBD，所以EC∥平面FBD．
即點F滿足

EF

EA

=

1

3

時，有EC∥平面FBD．               …（14分）

點評：本題考查線面垂直，考查線面平行，考查線面角，考查利用向量解決線面角問題，確定平面的法向量是關鍵．