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已知梯形ABCD中,AD∥BC,∠ABC=∠BAD=manfen5.com 满分网,AB=BC=2AD=4,E、F分别是AB、CD上的点,EF∥BC,AE=x,G是BC的中点.沿EF将梯形ABCD翻折,使平面AEFD⊥平面EBCF (如图).
(1)当x=2时,求证:BD⊥EG;
(2)若以F、B、C、D为顶点的三棱锥的体积记为f(x),求f(x)的最大值;
(3)当f(x)取得最大值时,求二面角D-BF-C的余弦值.

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(1)由AEFD⊥平面EBCF,EF∥BC∥AD,可得AE⊥EF,进而由面面垂直的性质定理得到AE⊥平面EBCF,进而建立空间坐标系E-xyz,求出BD,EG的方向向量,根据两个向量的数量积为0,即可证得BD⊥EG; (2)根据等体积法,我们可得f(x)=VD-BCF=VA-BFC的解析式,根据二次函数的性质,易求出f(x)有最大值; (3)根据(2)的结论,我们求出平面BDF和平面BCF的法向量,代入向量夹角公式即可得到二面角D-BF-C的余弦值. 证明:(1)∵平面AEFD⊥平面EBCF,∵, ∴AE⊥EF,∴AE⊥平面EBCF,AE⊥EF,AE⊥BE, 又BE⊥EF,故可如图建立空间坐标系E-xyz. ∵EA=2,∴EB=2, 又∵G为BC的中点,BC=4,∴BG=2. 则A(0,0,2),B(2,0,0),G(2,2,0),D(0,2,2),E(0,0,0), ∴=(-2,2,2),=(2,2,0),=(-2,2,2)•(2,2,0)=0, ∴BD⊥EG. 【解析】 (2)∵AD∥面BFC, 所以f(x)=VD-BCF=VA-BFC===, 即x=2时f(x)有最大值为.(8分) (3)设平面DBF的法向量为, ∵AE=2,B(2,0,0),D(0,2,2), F(0,3,0),∴,=(-2,2,2), 则, 即, 取x=3,y=2,z=1, ∴ ∵AE⊥面BCF, ∴面BCF一个法向量为, 则cos<>=,(14分) 由于所求二面角D-BF-C的平面角为钝角,所以此二面角的余弦值为-.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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