Question

如圖(1)在等腰中，D，E，F(xiàn)分別是AB，AC和BC邊的中點(diǎn)，，
現(xiàn)將沿CD翻折成直二面角A-DC-B.(如圖(2))
(I)試判斷直線AB與平面DEF的位置關(guān)系，
并說明理由；(II).求二面角E-DF-C的余弦值；
(III)在線段BC是否存在一點(diǎn)P，但APDE？證明你的結(jié)論.

Answer 1

法一（I）如圖：在△ABC中，由E、F分別是AC、BC中點(diǎn)，得EF//AB，
又AB平面DEF，EF平面DEF，∴AB∥平面DEF．………………4分
（II）∵AD⊥CD，BD⊥CD，∴∠ADB是二面角A—CD—B的平面角，∴AD⊥BD，∴AD⊥平面BCD，取CD的點(diǎn)M，使EM∥AD，∴EM⊥平面BCD，過M作MN⊥DF于點(diǎn)N，連結(jié)EN，則EN⊥DF，
∴∠MNE是二面角E—DF—C的平面角.……6分設(shè)CD＝a,則AC＝BC＝2a , AD＝DB＝, △DFC中,設(shè)底邊DF上的高為h由，∴h＝在Rt△EMN中，EM=，MN= h＝，
∴tan∠MNE=2從而cos∠MNE＝……8分
（Ⅲ）在線段BC上不存在點(diǎn)P，使AP⊥DE，…………  9分
證明如下：在圖2中, 作AG⊥DE,交DE于G交CD于Q
由已知得∠AED＝120°，于是點(diǎn)G在DE的延長線上，
從而Q在DC的延長線上，過Q作PQ⊥CD交BC于P
∴PQ⊥平面ACD ∴PQ⊥DE∴DE⊥平面APQ∴AP⊥DE.但P在BC的延長線上�！� 12分
法二（Ⅱ）以點(diǎn)D為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線DB、DC為x軸、y軸，建立空間直角坐標(biāo)系，
設(shè)CD＝a，則AC＝BC＝2a , AD＝DB＝則A（0，0，），B（，0，0），
C（0，.…… 5分
取平面CDF的法向量為設(shè)平面EDF的法向量為，
則 得…6分
……7分
所以二面角E—DF—C的余弦值為……8分
（Ⅲ）設(shè)，
又，………  9分
……11分
把，可知點(diǎn)P在BC的延長線上
所以在線段BC上不存在點(diǎn)P使AP⊥DE.……12分

略