Question

已知幾何體A—BCED的三視圖如圖所示，其中俯視圖和側(cè)視圖都是腰長為4的等腰直角三角形，正視圖為直角梯形．
（1）求此幾何體的體積V的大小;
（2）求異面直線DE與AB所成角的余弦值；
（3）試探究在DE上是否存在點Q，使得AQBQ并說明理由.

Answer 1

（1）；（2）；（3）存在點Q，使得AQBQ.

解析試題分析：（1）由三視圖還原幾何體為一個錐體，利用錐體體積公式求解；（2）法1：化空間角為平面角，在一個三角形內(nèi)求值；法2：建立空間直角坐標(biāo)系求解；（3）法1：假設(shè)存在，通過構(gòu)造面面垂直來實現(xiàn)AQBQ；法2：建立空間直角坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)化為兩對應(yīng)向量數(shù)量積為零，求出點Q的坐標(biāo).
試題解析：（1）由該幾何體的三視圖知面,且EC="BC=AC=4" ，BD=1，

∴
∴．
即該幾何體的體積V為．                 3分
（2）解法1:過點B作BF//ED交EC于F，連結(jié)AF，
則∠FBA或其補角即為異面直線DE與AB所成的角．    5分
在△BAF中，∵AB=，BF=AF=．
∴．
即異面直線DE與AB所成的角的余弦值為．                 7分
解法2：以C為原點，以CA，CB，CE所在直線為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系．
則A（4，0，0），B（0，4，0），D（0，4，1），E（0，0，4）

∴，∴ 
∴異面直線DE與AB所成的角的余弦值為．
（3）解法1:在DE上存在點Q，使得AQBQ.                    8分
取BC中點O，過點O作OQ⊥DE于點Q，則點Q滿足題設(shè).
連結(jié)EO、OD，在Rt△ECO和Rt△OBD中
∵   ∴∽   
∵ ∴  
∴．                                              11分
∵,
∴
∴以O(shè)為圓心、以BC為直徑的圓與DE相切．切點為Q

∴
∵面,面 ∴ ∴面      13分
∵面ACQ
∴．                                               14分
解法2: 以C為原點，以CA，CB，CE所在直線為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系．
設(shè)滿足題設(shè)的點Q存在,其坐標(biāo)為（0，m，n），則
，
∵AQBQ   ∴              ①
∵點Q在ED上，∴存在使得
∴     ②
②代入①得，解得
∴滿足題設(shè)的點Q存在，其坐標(biāo)為．
考點：1.三視圖；2.錐體的體積；3.異面直線所成角；4探究性問題證明線線垂直；5.利用空間向量解決幾何問題.