如图,四边形
ABCD 是边长为 1 的正方形,
MD⊥ 平面
ABCD,
NB⊥ 平面
ABCD,且
MD=NB=1,
E 为
BC 的中点.
(1) 求异面直线
NE 与
AM 所成角的余弦值;
(2) 在线段
AN 上是否存在点
S,使得
ES⊥ 平面
AMN?若存在,求线段
AS 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
D为原点,
DC、
DA、
DM分别为三个坐标轴正方向.则
A(0,1,0)、
B(1,1,0)、
C(1,0,0)、
M(0,0,1)、
N(1,1,1)、
E(1,21,0).
于是
NE=(0,−21,−1),
AM=(0,−1,1),且
NE⋅AM=−21、
∣NE∣=25、
∣AM∣=2.
异面直线所成角取锐角,故其余弦值为
∣NE∣∣AM∣∣NE⋅AM∣=21021=1010
\item 设
S在线段
AN上,令
S=A+t(N−A)=(t,1,t),其中
0⩽t⩽1.平面
AMN内有
AM=(0,−1,1),
AN=(1,0,1),其法向量可取
AM×AN=(−1,1,1)
又
ES=(t−1,21,t).要使
ES⊥平面
AMN,必须有
ES平行于
(−1,1,1).比较第二坐标得比例因子为
21,于是第一、第三坐标分别给出
t−1=−21和
t=21,两者一致.因此存在这样的点
S,且
AS=t∣AN∣=2112+12=22
\end{enumerate}
\end{solution}