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17立体几何初步★★★☆☆
如图,四边形 ABCDABCD 是边长为 1 的正方形,MD⊥MD \perp 平面 ABCDABCD,NB⊥NB \perp 平面 ABCDABCD,且 MD=NB=1MD = NB = 1,EE 为 BCBC 的中点.
(1) 求异面直线 NENE 与 AMAM 所成角的余弦值; (2) 在线段 ANAN 上是否存在点 SS,使得 ES⊥ES \perp 平面 AMNAMN?若存在,求线段 ASAS 的长;若不存在,请说明理由.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 建立空间直角坐标系,使DD为原点,DCDC、DADA、DMDM分别为三个坐标轴正方向.则A(0,1,0)A(0,1,0)、B(1,1,0)B(1,1,0)、C(1,0,0)C(1,0,0)、M(0,0,1)M(0,0,1)、N(1,1,1)N(1,1,1)、E(1,12,0)E\left(1,\frac{1}{2},0\right). 于是NE→=(0,−12,−1)\overrightarrow{NE}=\left(0,-\frac{1}{2},-1\right),AM→=(0,−1,1)\overrightarrow{AM}=(0,-1,1),且 NE→⋅AM→=−12\overrightarrow{NE}\cdot\overrightarrow{AM}=-\frac{1}{2}、∣NE→∣=52|\overrightarrow{NE}|=\frac{\sqrt{5}}{2}、∣AM→∣=2|\overrightarrow{AM}|=\sqrt{2}. 异面直线所成角取锐角,故其余弦值为
∣NE→⋅AM→∣∣NE→∣∣AM→∣=12102=1010\frac{|\overrightarrow{NE}\cdot\overrightarrow{AM}|}{|\overrightarrow{NE}||\overrightarrow{AM}|} =\frac{\frac{1}{2}}{\frac{\sqrt{10}}{2}}=\frac{\sqrt{10}}{10}
\item 设SS在线段ANAN上,令S=A+t(N−A)=(t,1,t)S=A+t(N-A)=(t,1,t),其中0⩽t⩽10\leqslant t\leqslant1.平面AMNAMN内有 AM→=(0,−1,1)\overrightarrow{AM}=(0,-1,1),AN→=(1,0,1)\overrightarrow{AN}=(1,0,1),其法向量可取
AM→×AN→=(−1,1,1)\overrightarrow{AM}\times\overrightarrow{AN}=(-1,1,1)
又ES→=(t−1,12,t)\overrightarrow{ES}=\left(t-1,\frac{1}{2},t\right).要使ES⊥ES\perp平面AMNAMN,必须有ES→\overrightarrow{ES}平行于(−1,1,1)(-1,1,1).比较第二坐标得比例因子为12\frac{1}{2},于是第一、第三坐标分别给出t−1=−12t-1=-\frac{1}{2}和t=12t=\frac{1}{2},两者一致.因此存在这样的点SS,且
AS=t∣AN∣=1212+12=22AS=t|AN|=\frac{1}{2}\sqrt{1^2+1^2}=\frac{\sqrt{2}}{2}
\end{enumerate} \end{solution}

2009 · 福建 · 理 · 第 17 题 · 解答题

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