问题 解答题

已知正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为棱CC1的动点.

(1)当E恰为棱CC1的中点时,试证明:平面A1BD⊥平面EBD;

(2)在棱CC1上是否存在一个点E,可以使二面角A1-BD-E的大小为45°?如果存在,试确定点E在棱CC1上的位置;如果不存在,请说明理由.

答案

(1)证明:连接AC,BD,设AC∩BD=O,连接A1O,OE,

在等边△A1BD中,BD⊥A1O,

∵BD⊥A1E,A1O⊂平面A1OE,A1O∩A1E=A1

∴BD⊥平面A1OE,

于是BD⊥OE,

∴∠A1OE是二面角A1-BD-E的平面角,

在正方体ABCD-A1B1C1D1中,设棱长为2a,

∵E是棱CC1的中点,

∴由平面几何知识,得EO=

3
a,A1O=
6
a
,A1E=3a,

满足A1E2=A1O2+EO2

∴∠A1OE=90°,即平面A1BD⊥平面EBD.

(2)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,

假设棱CC1上存在点E,可以使二面角A1-BD-E的大小为45°,

由(1)知,∠A1OE=45°,

设正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2a,EC=x,

由平面几何知识,得EO=

2a2+x2
A1O=
6
a
A1E=
8a2+(2a-x)2

∴在△A1OE中,由A1E2=A1O2+EO2-2A1O•EO•cos∠A1OE

得x2-8ax-2a2=0,

解得x=4a±3

2
a,

4a+3

2
a>2a,4a-3
2
a<0,

∴棱OC1上不存在满足条件的点.

单项选择题
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