Question

已知△BCD中，∠BCD=90°，BC=CD=a，AB⊥平面BCD，∠ADB=60°，E、F分別是AC、AD上的動(dòng)點(diǎn)，且

AE

AC

=

AF

AD

=λ(0＜λ＜1)．
（Ⅰ）求證：不論λ為何值，總有平面BEF⊥平面ABC；
（Ⅱ）求二面角A-CD-B的正切值；
（Ⅲ）當(dāng)λ為何值時(shí)，平面BEF⊥平面ACD？

Answer 1

考點(diǎn)：二面角的平面角及求法,平面與平面垂直的判定

專題：空間位置關(guān)系與距離,空間角

分析：（Ⅰ）由線面垂直得AB⊥CD，從而得到CD⊥平面ABC．由此推導(dǎo)出EF⊥平面ACD，從而能夠證明不論λ為何值，總有平面BEF⊥平面ABC．
（Ⅱ）過點(diǎn)C作CZ∥AB，CZ⊥平面BCD，以C為原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系C-xyz．利用向量法能求出二面角A-CD-B的正切值為

6

．
（Ⅲ）由BE⊥EF，當(dāng)BE⊥AC時(shí)，BE⊥平面ACD，從而平面BEF⊥平面ACD，由此能求出當(dāng)λ=

6

7

時(shí)，平面BEF⊥平面ACD．

解答： （Ⅰ）證明：∵AB⊥平面BCD，∴AB⊥CD，
∵CD⊥BC，且AB∩BC=B，∴CD⊥平面ABC．
又∵

AE

AC

=

AF

AD

=λ(0＜λ＜1)．
∴不論λ為何值，恒有EF∥CD，
∴EF⊥平面ACD，EF?平面BEF，
∴不論λ為何值，總有平面BEF⊥平面ABC．
（Ⅱ）解：過點(diǎn)C作CZ∥AB，∵AB⊥平面BCD，
∴CZ⊥平面BCD，
又在△BCD中，∠BCD=90°，∴BC⊥CD，
如圖，以C為原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系C-xyz．
又在△BCD中，∠BCD=90°，設(shè)BC=CD=1，
∴BD=

2

．
又在Rt△ABD中，∠ADB=60°，∴AB=

6

，
則C（0，0，0），B（1，0，0），
A（1，0，

6

），D（0，1，0）．

CA

=(1，0，

6

)，

CD

=(0，1，0)，

CB

=(1，0，0)，
設(shè)平面ACD的法向量

n

=(x，y，z)，
則

n • CA =x+ 6 z=0 n • CD =y=0

，取z=1，得

n

=(-

6

，0，1)，
又平面BCD的法向量

m

=(0，0，1)，
設(shè)二面角A-CD-B的平面角為θ，
則cosθ=cos＜

m

，

n

＞=

1

7

，
∴tanθ=

6

．
∴二面角A-CD-B的正切值為

6

．
（Ⅲ）解：由（Ⅰ）知，BE⊥EF，
∴當(dāng)BE⊥AC時(shí)，BE⊥平面ACD，從而平面BEF⊥平面ACD，
∵BC=CD=a，∠BCD=90°，∠ADB=60°，
∴BD=

2

a，AB=

2

atan60°=

6

a，
∴AC=

AB2+BC2

=

7

a，
∵△AEB∽△ABC，∴AB²=AE•AC，
∴AE=

6a2

7 a

=

6a

7

，∴λ=

AE

AC

=

6

7

，
∴當(dāng)λ=

6

7

時(shí)，平面BEF⊥平面ACD．

點(diǎn)評：本題考查平面垂直的證明，考查二面角正切值的求法，考查使得平面垂直的實(shí)數(shù)值的求法，解題時(shí)要認(rèn)真審題，注意空間思維能力的培養(yǎng)．