Question

(本题满分14分)

如图1，在平面内，ABCD是的菱形，ADD``A<sub>1</sub>和CD D`C<sub>1</sub>都是正方形．将两个正方形分别沿AD，CD折起，使D``与D`重合于点D₁ .设直线l过点B且垂直于菱形ABCD所在的平面，点E是直线l上的一个动点，且与点D₁位于平面ABCD同侧（图2）．

  

(Ⅰ) 设二面角E – AC – D₁的大小为q，若£ q £ ，求线段BE长的取值范围；

(Ⅱ)在线段上存在点，使平面平面，求与BE之间满足的关系式，并证明：当0 < BE < a时，恒有< 1．

Answer

（方法1）设菱形的中心为O，以O为原点，对角线AC，BD所在直线分别为x,y轴，建立空间直角坐标系如图1．设BE = t （t > 0） ．

（Ⅰ）

设平面的法向量为，则

         3分

设平面的法向量为，

则      4分

设二面角的大小为，则，    6分

∵cosq Î，  ∴ ，    

解得 £ t £ ．  所以BE的取值范围是 [，]．    8分

 (Ⅱ) 设，则

由平面平面，得平面，

,化简得：(t ¹ a)，即所求关系式：（BE ¹ a).

∴当0< t < a时，< 1.  即：当0 < BE < a时，恒有< 1．       14分

（方法2）

（Ⅰ）如图2，连接D1A，D1C，EA，EC，D1O，EO，

∵ D1A= D1C，所以，D1O⊥AC，同理，EO⊥AC，

∴是二面角的平面角．设其为q．        3分

连接D1E，在△OD1E中，设BE = t （t > 0）则有：

OD1 = ，OE = ，D1E = ，

∴ .                                  6分

∵cosq Î，  ∴ ，    

解得 £ t £ ．  所以BE的取值范围是 [，]．

所以当条件满足时，£ BE £ ．                 8分

（Ⅱ）当点E在平面A1D1C1上方时，连接A1C1，则A1C1∥AC，

连接EA1，EC1，设A1C1的中点为O1，则O1在平面BDD1内，过O1作O1P∥OE交D1E于点P，则平面平面．

作平面BDD1如图3．过D1作D1B1∥BD交于l点B1，设EO交D1B1于点Q．

因为O1P∥OE，所以==，

由Rt△EB1Q∽RtEBO，得，解得QB1 = ，得=，  12分

当点E在平面A1D1C1下方时，同理可得，上述结果仍然成立．       13分

∴有=（BE ¹a），∴当0 < t < a时，< 1.      14分

【解析】略