Question

如圖，在長方體ABCD-A₁B₁C₁D₁中 AD=AA₁=1，AB=2  
（1）證明：當(dāng)點E在棱AB移動時，D₁E⊥A₁D；
（2）（理）在棱AB上是否存在點E，是二平面角D₁-EC-D的平面角為？若存在，求出AE的長；若不存在，請說明理由．
（文）在棱AB上否存在點E使CE⊥面D₁DE若存在，求出AE的長；若不存在，請說明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）連接AD₁，由EA⊥平面ADD₁A₁，A₁D?平面ADD₁A₁，證出A₁D⊥EA，再在正方形ADD₁A₁得出A₁D⊥AD₁，證出A₁D⊥平面AD₁E后可證D₁E⊥A₁D．
（2）（理）存在．連接DE，過D作DH⊥EC，交EC于H，連接D₁H，則∠D₁HD為二面角D₁-EC-D的平面角，即∠D₁HD=，設(shè)AE=x（0≤x≤2），在RT△D₁DH中利用tan=，列出方程=，考察方程的解得情況作出回答．
（文）存在點E．設(shè)AE=x（0≤x≤2），則BE=2-x，在RT△DEC中由勾股定理列出關(guān)于x的方程，考察方程的解得情況作出回答．
解答：（1）證明：連接AD₁，由長方體的結(jié)構(gòu)特征，EA⊥平面ADD₁A₁，A₁D?平面ADD₁A₁，∴A₁D⊥EA，
由AD=AA₁=1，則四邊形ADD₁A₁是正方形，∴A₁D⊥AD₁，
又∵EA∩AD₁=A，∴A₁D⊥平面AD₁E，
∵D₁E?平面AD₁E，
∴D₁E⊥A₁D．
（2）解：存在點E，使二平面角D₁-EC-D的平面角為，此時AE=2-．
連接DE，過D作DH⊥EC，交EC于H，連接D₁H，
在長方體ABCD-A₁B₁C₁D₁中，DD₁⊥平面ABCD，EC?平面ABCD，
∴DD₁⊥EC，又∵DH∩DD₁=D，
∴EC⊥平面D₁DH，∵D₁H?平面D₁DH，∴EC⊥D₁H，
∴∠D₁HD為二面角D₁-EC-D的平面角，即∠D₁HD=
設(shè)AE=x（0≤x≤2），則EB=2-x，進(jìn)而EC=，
在△DEC中，利用面積相等的關(guān)系有：EC×DH=CD×AD，
DH=，在RT△D₁DH中，
∵∠D₁HD=，
∴tan=，即=
解得x=2-（0≤x≤2），所以存在點E，使二平面角D₁-EC-D的平面角為，此時AE=2-．
（文）存在點E．此時E為AB中點．CE⊥面D₁DE，
∴CE⊥DE，設(shè)AE=x（0≤x≤2），則BE=2-x，
由勾股定理得DE²=AD²+AE²=1+x²，CE²=CB²+BE²=1+（2-x）²，在RT△DEC中，CD²=DE²+CE²=，4=1+x²+1+（2-x）²，
整理化簡得出x²-2x+1=0，x=1，此時E為AB中點．
點評：本題考察直線和直線、直線和平面垂直關(guān)系，二面角的大小度量及應(yīng)用，考查方程思想，空間想象能力、推理論證、計算、轉(zhuǎn)化能力．