Question

如圖，ABCD是塊矩形硬紙板，其中AB=2AD=2，E為DC中點，將它沿AE折成直二面角D-AE-B．
（Ⅰ）求證：AD⊥平面BDE；
（Ⅱ）求二面角B-AD-E的余弦值．

Answer 1

（Ⅰ）證明：由題設可知AD⊥DE，取AE中點O，
連接OD、BE，∵AD=DE=，∴OD⊥AE，
又∵二面角D-AE-B為直二面角，
∴OD⊥平面ABCE，
∴OD⊥BE，AE=BE=2，AB=2，
∴AB²=AE²+BE²，AE⊥BE，OD∩AE=O，
∴BE⊥平面ADE，
∴BE⊥AD，BE∩DE=E，
∴AD⊥平面BDE．…（6分）
（Ⅱ）解：取AB中點F，連接OF，則OF∥EB，
∴OF⊥平面ADE，
以O為原點，OA，OF，OD為x、y、z軸建立直角坐標系（如圖），
則A（1，0，0），D（0，0，1），B（-1，2，0），
，，
設是平面ABD的一個法向量，
則，，
∴，取x=1，則y=1，z=1，
則，平面ADE的法向量，
設二面角B-AD-E的平面角為θ，
∴cosθ===．…（13分）
分析：（Ⅰ）由題設可知AD⊥DE，取AE中點O，連接OD、BE，由AD=DE=，知OD⊥AE，由二面角D-AE-B為直二面角，知OD⊥平面ABCE由此能夠證明AD⊥平面BDE．
（Ⅱ）取AB中點F，連接OF，由OF∥EB，知OF⊥平面ADE，以O為原點，OA，OF，OD為x、y、z軸建立直角坐標系，則，，設是平面ABD的一個法向量，由，，得，平面ADE的法向量，由向量法能求出二面角B-AD-E的平面角．
點評：本題考查直線與平面垂直的證明和求二面角的余弦值，解題時要認真審題，注意合理地把空間問題轉化為平面問題，合理地運用向量法進行解題．