Question

在正三角形中，、、分别是、、边上的点，满足（如图1）.将△沿折起到的位置，使二面角成直二面角，连结、（如图2）

    

（Ⅰ）求证：⊥平面；

（Ⅱ）求二面角的余弦值.

Answer

（Ⅰ）取BE的中点D，连结DF∵AEEB=CFFA=12，∴AF=AD=2，而∠A=600,∴△ADF是正三角形，AE=DE=1，∴EF⊥AD，在图2中，A1E⊥EF，BE⊥EF，∴∠A1EB为二面角A1-EF-B的平面角．∴A1E⊥BE∴A1E⊥平面BEF，即A1E⊥平面BEP（Ⅱ）

【解析】

试题分析：不妨设正三角形ABC 的边长为 3 .

(I)在图1中，取BE的中点D，连结DF．

∵AEEB=CFFA=12，∴AF=AD=2，而∠A=600,∴△ADF是正三角形，

又AE=DE=1，∴EF⊥AD．    2分

在图2中，A1E⊥EF，BE⊥EF，∴∠A1EB为二面角A1-EF-B的平面角．

由题设条件知此二面角为直二面角，∴A1E⊥BE．

又BE∩EF=E，∴A1E⊥平面BEF，即A1E⊥平面BEP．   .4分

(II)建立分别以ED、EF、EA为x轴、y轴、z轴的空间直角坐标系，则E(0,0,0),A(0,0,1),

B(2,0,0),F(0, ,0), P (1, ,0),则,．

设平面ABP的法向量为，

由平面ABP知，，即

令，得，．

，设平面AFP的法向量为．

由平面AFP知，，即

令，得，．

,

所以二面角B-A1P-F的余弦值是               13分

考点：线面垂直的判定及二面角的求解