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(2012•石家庄一模)四棱锥的正视图和俯视图如图,其中俯视图是直角梯形.
(I )若正视图是等边三角形,F为AC的中点,当点M在棱AD上移动时,是否总有BF丄CM,请说明理由;
(II)若平面ABC与平面ADE所成的锐二面角为45°,求直线AD与平面ABE所成角的正弦值.
分析:(I )建立空间直角坐标系,用坐标表示向量,证明
BF
CM
=0
,可得BF丄CM.
(II)求出平面ADE的法向量、平面ABC的法向量,利用平面ABC与平面ADE所成的锐二面角为45°,可得a=
3
求出平面ABE的法向量,计算cos<
AD
p
>  =
6
,即可得到直线AD与平面ABE所成角的正弦值.
解答:解:(I )若正视图是等边三角形,F为AC的中点,当点M在棱AD上移动时,总有BF丄CM.
取BC中点O,连接AO,由俯视图可知,AO⊥面BCDE,取DE中点H,连接OH,OH⊥BC
以OC、OH、OA分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系O-xyz,设A(0,0,
3
),B(-1,0,0),C(1,0,0)
∴F(
1
2
,0,
3
2

设M(x,2x,
3
(1-x)),
BF
=(
3
2
,0,
3
2
)
CM
=(x-1,2x,
3
(1-x)

BF
CM
=0

∴BF丄CM.
(II)D(1,2,0),设A(0,0,a)(a>0),∴
ED
=(2,1,0),
AD
=(1,2,-a)

设平面ADE的法向量为
m
=(x1y1z1)
,∴
m
ED
=0,
m
AD
=0

2x1+y1=0
x1+2y1-az1=0
,∴可取
m
=(1 ,-2,-
3
a
)

∵平面ABC的法向量为
n
=(0,1,0)

cos<
m
n
>  =
-2
5+
9
a2

∵平面ABC与平面ADE所成的锐二面角为45°,
-2
5+
9
a2
=
2
2
,解得a=
3

设平面ABE的法向量为
p
=(x2y2z2)

BA
=(1,0,
3
),
BE
=(0,1,0)

p
BA
=0,
p
BE
=0

x2+
3
y2=0
y2=0

∴可取
p
=(
3
,0,-1 )

cos<
AD
p
>  =
6

∴直线AD与平面ABE所成角的正弦值为
6
4
点评:本题考查三视图与直观图的转换,考查线线垂直,考查直线与平面的所成角,考查空间想象能力,逻辑思维能力,是中档题.
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