如图所示,正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面相互垂直,已知AB=2,AF=2.(I)求证:EO⊥平面BDF;(II)求二面角A-DF-B的大小.-高二数学

题目简介

如图所示,正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面相互垂直,已知AB=2,AF=2.(I)求证:EO⊥平面BDF;(II)求二面角A-DF-B的大小.-高二数学

题目详情

如图所示,正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面相互垂直,已知AB=2,AF=
2

(I)求证:EO⊥平面BDF;
(II)求二面角A-DF-B的大小.
题型:解答题难度:中档来源:不详

答案

证明:(I)如图,正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面相互垂直,对角线BD⊥AC,故有BD⊥平面ACEF,又EO⊂平面ACEF,故得BD⊥EO
又AB=2,AF=
2
.可求得AC=2
2
,即CO=AO=AF=CE=
2
,由于三角形ECO与三角形FAO都是直角三角形,故可得∠EOC=∠FOA=45°,所以∠EOF=90°,即EO⊥OF
又FO∩BD=O,故有EO⊥平面BDF
(II)过O作OP⊥AD于P,过P作PM⊥DF于M,连接OM,
由题设条件知F-AD-O是直二面角,故可得OP⊥面ADF,由此可得OP⊥DF,由作图,PM⊥DF,故有DF⊥面OMP,所以OM⊥DF,由此可证得∠OMP即二面角的平面角,
在直线三角形DOA中,由于OA=OD,故P是AD中点,易得OP=1
在直角三角形DAF中可求得DF=
6
,由P是中点得DP=1,
由于△DAF≈△DMP,故有class="stub"DP
DF
=class="stub"MP
AF
得MP=class="stub"DP×AF
DF
=
2
6
=
3
3

在直角三角形OPM中,tan∠OMP=class="stub"OP
MP
=class="stub"1
3
3
=
3

二面角A-DF-B的大小为60°

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