Question

（12分）如圖，已知正方形ABCD和矩形ACEF所在平面垂直，是線段EF的中點。

   （Ⅰ）求證：

   （Ⅱ）求二面角

Answer 1

解析：（方法一）證明：設BD交AC于點O，連接MO，OF

因為四邊形ABCD是正方形

所以AC⊥BD，AO=CO

又因為矩形ACEF，EM=FM，

所以MO⊥AO

因為正方形ABCD和矩形ACEF所

在平面垂直

平面ABCD平面ACEF=AC

所以MO⊥平面ABCD

所以AM⊥BD

在,

所以BD=

所以AO=1，

所以四邊形OAFM是正方形，所以AM⊥OF

因為              …………………6分

（Ⅱ）設AM、OF相交于Q，過A作AR⊥DF于R，連接QR，因為AM⊥平面BDF，

所以QR⊥DF，則∠ARQ為二面角A―DF―B的平面角…………………9分

Rt△ADF中，AF=1，AD=，所以

Rt△AQR中，QR

所以二面角A―DF―B的余弦值為        ………………………12分

（方法二）以C為坐標原點建立如圖所示的空間直角坐標系C―xyz，連接BD則A（，，0），B（0，，0）。

D（，0，0）

F（，，1），M（，，1）

所以

所以

所以所以AM⊥平面BDF…………6分

（Ⅱ）平面ADF的法向量為

平面BDF的法向量………………8分

    ……………………11分

所以二面角A―DF―B的余弦值為。    ……………………12分