Question

如图，在多面体ABCDEF中，四边形ABCD是矩形，AB∥EF，∠EAB=90°，AB=2，AD=AE=EF=1，平面ABFE⊥平面ABCD．
（1）求直线FD与平面ABCD所成的角；
（2）求点D到平面BCF的距离；
（3）求二面角B-FC-D的大小．

Answer

（1）由已知中，平面ABFE⊥平面ABCD，∠EAB=90°，由面面垂直的性质可得EA⊥平面ABCD，作FH∥EA交AB于H，连接DH，则∠FDH为直线FD与平面ABCD所成的角，解Rt△FHD，即可得到直线FD与平面ABCD所成的角；
（2）分别以AD，AB，AE所在直线为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系，利用向量法可得AF平面BCF，由，可求出点D到平面BCF的距离；
（3）分别求出平面CDEF的一个法向量结合（2）中，AF平面BCF，即为平面BCF的法向量，代入向量夹角公式，即可得到二面角B-FC-D的大小．
【解析】
（1）∵平面ABFE⊥平面ABCD，∠EAB=90°，即EA⊥AB，而平面ABFE∩平面ABCD=AB，
∴EA⊥平面ABCD．
作FH∥EA交AB于H，则FH⊥平面ABCD．连接DH，则∠FDH为直线FD与平面ABCD所成的角．
在Rt△FHD中，∵FH=EA=1，DH==，
∴，∴∠FDH=，
即直线FD与平面ABCD所成的角为．
（2）∵平面ABFE⊥平面ABCD，EA⊥AB，∴EA⊥平面ABCD．
分别以AD，AB，AE所在直线为x轴，y轴，z轴，建立如图所示的空间直角坐标系，则
A（0，0，0）、D（1，0，0）、C（1，2，0）、E（0，0，1）、B（0，2，0）、
F（0，1，1），
∴．
∵，∴⊥平面BCF，
即=（0，1，1）为平面BCF的一个法向量，
又，
∴点D到平面BCF的距离为．
（3）∵，设为平面CDEF的一个法向量，
则令x=1，得z=1，
即．
又（1）知，为平面BCF的一个法向量，
∵＜，＞=，
且二面角B-FC-D的平面角为钝角，
∴二面角B-FC-D的大小为120°．