Question

如圖，已知直四棱柱ABCD-A₁B₁C₁D₁中，AB=AA₁，底面ABCD為菱形，∠ADC=120°，E為CC₁延長線上一點(diǎn)．
（1）當(dāng)CE=2CC₁時(shí)，證明：A₁E∥平面B₁AD；
（2）是否存在實(shí)數(shù)λ，當(dāng)CE=λCC₁時(shí)，使得平面EB₁D₁⊥平面A₁BD？若存在，求出λ的值；若不存在請說明理由．

Answer 1

考點(diǎn)：直線與平面平行的判定,平面與平面垂直的性質(zhì)

專題：空間位置關(guān)系與距離

分析：（1）由已知條件推導(dǎo)出四邊形AB₁C₁D是平行四邊形，四邊形AC₁EA₁是平行四邊形，由此能證明A₁E∥平面B₁AD．
（2）以DC為x軸，DQ為y軸，DD₁為z軸，建立空間直角坐標(biāo)系O-xyz，利用向量法能求出當(dāng)CE=

7

4

CC1時(shí)，能使得平面EB₁D₁⊥平面A₁BD．

解答： （1）證明：∵ABCD-A₁B₁C₁D₁是直四棱柱，且ABCD是菱形，
∴B₁C₁∥A₁D₁，且B₁C₁=A₁D₁，AD∥A₁D₁且AD=A₁D₁，
∴B₁C₁∥AD且AD=B₁C₁，∴四邊形AB₁C₁D是平行四邊形，
∴A，B₁，C₁，D四點(diǎn)共面，
平面B₁AD與平面AB₁C₁D是同一個(gè)平面…（2分）
連結(jié)AC₁，∵A₁A∥CC₁且A₁A=CC₁，EC₁=CC₁，
∴EC₁∥A₁A，且EC₁=A₁A，…（4分）
∴四邊形AC₁EA₁是平行四邊形，∴A₁E∥AC₁，
又A₁E不包含于平面B₁AD，AC₁?平面B₁AD，
∴A₁E∥平面B₁AD．…（6分）
（2）解：取AB的中點(diǎn)Q，連接DQ，
∵∠ADC=120°，∴∠DAC=60°，
∴△DAB是正三角形，∴DQ⊥AB，AB∥DC，
∴DQ⊥DC，∴D₁D⊥平面ABCD，
從而D₁D，DC，DQ兩兩垂直，以DC為x軸，DQ為y軸，DD₁為z軸，
建立空間直角坐標(biāo)系O-xyz（如圖所示），設(shè)AB=2．…（7分）
則B（1，

3

，0），D（0，0，0），A1(-1，

3

，2)，B1(1，

3

，2)，
∴

DB

=(1，

3

，0)，

DA1

=(-1，

3

，2)，D₁（0，0，2），E（2，0，2λ）．

D1E

=(2，0，2λ-2)，

D1B1

=(1，

3

，0)．…（8分）
設(shè)平面A₁BD的法向量為

n

=(x，y，z)，
平面EB₁D₁的法向量為

m

=（a，b，c）．
則有

n • DA1 =-x+ 3 y+2z=0 n • DB =x+ 3 y=0

，
令x=1，得

n

=(1，-

3

3

，1)，…（10分）
由

m • D1E =2a+(2λ-2)c=0 m • D1B1 =a+ 3 b=0

，
令a=1，得

m

=(1，-

3

3

，

1

1-λ

)．…（11分）
∵平面EB₁D₁⊥平面A₁BD，∴

m

•

n

=0，
得1+(-

3

3

)×(-

3

3

)+

1

1-λ

=0，
解得：λ=

7

4

．…（13分）
故當(dāng)CE=

7

4

CC1時(shí)，能使得平面EB₁D₁⊥平面A₁BD．…（14分）

點(diǎn)評：本題考查直線與平面平行的證明，考查使平面與平面垂直的實(shí)數(shù)是否存在的判斷與求法，解題時(shí)要認(rèn)真審題，注意向量法的合理運(yùn)用．