Question

（2013•渭南二模）如圖，已知直三棱柱ABC-A₁B₁C₁中，∠ACB=90°，E是棱CC₁上的動(dòng)點(diǎn)，F(xiàn)是AB的中點(diǎn)，AC=BC=2，AA₁=4．
（1）當(dāng)E是棱CC₁的中點(diǎn)時(shí)，求證：CF∥平面AEB₁；
（2）在棱CC₁上是否存在點(diǎn)E，使得二面角A-EB₁-B的大小是45°？若存在，求出CE的長(zhǎng)，若不存在，請(qǐng)說(shuō)明理由．

Answer 1

分析：（1）取AB₁中點(diǎn)M，連接EM、FM，在△AB₁B中根據(jù)中位線定理，得MF∥B₁B且MF=

1

2

B₁B，在矩形BB₁C₁C中，CE∥B₁B且CE=

1

2

B₁B，得到四邊形MFCE是平行四邊形，CF∥EM，從而證出CF∥平面AEB₁；
（2）以CA、CB、CC₁為x、y、z軸，建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)CE=m，得到A、B₁和E各點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)垂直向量的數(shù)量積為零的方法列方程組并解之，得到平面AEB₁的法向量為

n

=（m，m-4，2），再由題意得到平面AEB₁的法向量和平面EB₁B的法向量夾角的余弦絕對(duì)值為

2

2

，由此建立關(guān)系式，可解出m=

5

2

，從而得出存在點(diǎn)滿足條件的點(diǎn)E．

解答：解：（1）取AB₁中點(diǎn)M，連接EM、FM-----------------（1分）
∵△AB₁B中，M、F分別是AB、AB₁的中點(diǎn)，
∴MF∥B₁B且MF=

1

2

B₁B，
又∵矩形BB₁C₁C中，CE∥B₁B且CE=

1

2

B₁B，
∴MF∥CE且MF=CE，可得四邊形MFCE是平行四邊形-------------（4分）
∴CF∥EM
∵CF?平面EAB₁，EM⊆平面EAB₁，
∴CF∥平面AEB₁----------------------（6分）
（2）以CA、CB、CC₁為x、y、z軸，建立如圖空間直角坐標(biāo)系，
可得A（2，0，0），B₁（0，2，4），設(shè)CE=m，得E（0，0，m）
∴

AE

=（-2，0，m），

AB1

=（-2，2，4）
設(shè)平面AEB₁的法向量為

n

=（x，y，z）
則有

AE • n =-2x+mz=0 AB1 =-2x+2y+4z=0

，解之并取z=2，得

n

=（m，m-4，2）

∵平面EB₁B的法向量為

CA

=（2，0，0），-------------------（8分）
∴當(dāng)二面角A-EB₁-B的大小是45°時(shí)，有
cos＜

n

，

CA

＞=

2m

m2+(m-4)2+4 •2

=

2

2

，解之得m=

5

2

．
因此，在棱CC₁上存在點(diǎn)E，當(dāng)CE=

5

2

時(shí)，二面角A-EB₁-B的大小是45°．-------------（12分）

點(diǎn)評(píng)：本題在直三棱柱中，求證線面平行并探索二面角的大小能否為45度，著重考查了直線與平面垂直的判定、用空間向量研究二面角的大小等知識(shí)點(diǎn)，屬于中檔題．