Question

已知矩形ABCD中，，將△ABD沿BD折起，使點(diǎn)A在平面BCD內(nèi)的射影落在DC上，E、F、G分別為棱BD、AD、AB的中點(diǎn)．
（1）求證：DA⊥平面ABC；
（2）求點(diǎn)C到平面ABD的距離；
（3）求二面角G-FC-E的大小．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)DA⊥AB，平面ACD經(jīng)過平面BCD的垂線，根據(jù)面面垂直的判定定理可知平面ACD⊥平面BCD，從而得到BC⊥平面ACD
，則BC⊥DA，AB∩BC=B，滿足線面垂直的判定定理所需條件；
（2）設(shè)求點(diǎn)C到平面ABD的距離為d，由（1）結(jié)論可知DA⊥平面ABC，則DA是三棱錐D-ABC的高，根據(jù)V_C-ABD=V_D-ABC建立等式關(guān)系，解之即可求出所求；
（3）先證平面ABD⊥平面FGC，在平面ABD內(nèi)作EH⊥FG，垂足為H，作HK⊥FC，垂足為K，連接EK，故EK⊥FC，從而∠EKH為二面角E-FC-G的平面角，在Rt△FEC中求出此角即可．
解答：解：（1）證明：依條件可知DA⊥AB①
∵點(diǎn)A在平面BCD上的射影落在DC上，即平面ACD經(jīng)過平面BCD的垂線
∴平面ACD⊥平面BCD
又依條件可知BC⊥DC，∴BC⊥平面ACD
∵DA?平面ACD∴BC⊥DA②∵AB∩BC=B，∴由①、②得DA⊥平面ABC …4分
（2）解：設(shè)求點(diǎn)C到平面ABD的距離為d，于是V_C-ABD=V_D-ABC
由（1）結(jié)論可知DA⊥平面ABC，∴DA是三棱錐D-ABC的高
∴由V_C-ABD=V_D-ABC，得，解得
即點(diǎn)C到平面ABD的距離為…8分
（3）解：由（I）結(jié)論可知DA⊥平面ABC，∵AC、CG?平面ABC
∴DA⊥AC①DA⊥CG②
由①得△ADC為直角三角形，易求出AC=1
于是△ABC中AC=BC=1
∵G是等腰△ABC底邊AB的中點(diǎn)，∴CG⊥AB③∵AB∩DA=A④∴由②、③、④得CG⊥平面ABD
∵CG?平面FGC∴平面ABD⊥平面FGC
在平面ABD內(nèi)作EH⊥FG，垂足為H∴EH⊥平面FGC
作HK⊥FC，垂足為K，連接EK，故EK⊥FC
∴∠EKH為二面角E-FC-G的平面角 …10分
設(shè)Rt△ABD邊BD上的高為h，容易求出，∴
在△EFC中，容易求出
三邊長(zhǎng)滿足FC²=FE²+EC²，∴∠FEC=90°
于是在Rt△FEC中容易求出，∴…12分
于是二面角E-FC-G的大小為…13分
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了線面垂直的判定，點(diǎn)面距離的定理和二面角平面角的度量，同時(shí)考查了空間想象能力和邏輯推理能力，屬于中檔題．