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19立体几何初步★★★☆☆
在如图所示的几何体中,EA⊥EA \perp 平面 ABCABC,DB⊥DB \perp 平面 ABCABC,AC⊥BCAC \perp BC,且 AC=BC=BD=2AEAC = BC = BD = 2AE,MM 是 ABAB 的中点.
(1) 求证:CM⊥EMCM \perp EM; (2) 求 CMCM 与平面 CDECDE 所成的角.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 建立空间直角坐标系,取 CC 为原点,令 CACA 为 xx 轴正方向,CBCB 为 yy 轴正方向,垂直于平面 ABCABC 的方向为 zz 轴正方向. 由题设可取 C=(0,0,0)C=(0,0,0),A=(2,0,0)A=(2,0,0),B=(0,2,0)B=(0,2,0),E=(2,0,1)E=(2,0,1),D=(0,2,2)D=(0,2,2). 因为 MM 是 ABAB 的中点,所以 M=(1,1,0)M=(1,1,0). 于是 CM→=(1,1,0)\overrightarrow{CM}=(1,1,0),EM→=(−1,1,−1)\overrightarrow{EM}=(-1,1,-1), 从而
CM→⋅EM→=−1+1+0=0\overrightarrow{CM}\cdot\overrightarrow{EM}=-1+1+0=0
故 CM⊥EMCM\perp EM. \item 由 CD→=(0,2,2)\overrightarrow{CD}=(0,2,2),CE→=(2,0,1)\overrightarrow{CE}=(2,0,1) 可取平面 CDECDE 的一个法向量为
n=CD→×CE→=(2,4,−4)\boldsymbol{n}=\overrightarrow{CD}\times\overrightarrow{CE}=(2,4,-4)
设 CMCM 与平面 CDECDE 所成的角为 θ\theta,则
sin⁡θ=∣CM→⋅n∣∣CM→∣∣n∣=∣2+4∣222+42+(−4)2=6236=12\sin\theta =\frac{\lvert\overrightarrow{CM}\cdot\boldsymbol{n}\rvert}{\lvert\overrightarrow{CM}\rvert\lvert\boldsymbol{n}\rvert} =\frac{\lvert2+4\rvert}{\sqrt2\sqrt{2^2+4^2+(-4)^2}} =\frac6{\sqrt2\sqrt{36}} =\frac1{\sqrt2}
因此 θ=45∘\theta=45^{\circ}. \end{enumerate} \end{solution}

2007 · 浙江 · 理 · 第 19 题 · 解答题

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