Question

（2009•河北區二模）已知如圖（1），梯形ABCD中，AD∥BC，∠ABC=∠BAD=

π

2

，AB=BC=2AD=4，E、F分別是AB、CD上的動點，且EF∥BC，設AE=x（0＜x＜4）．沿EF將梯形ABCD翻折，使平面AEFD⊥平面EBCF，如圖（2）．
（Ⅰ）求證：平面ABE⊥平面ABCD；
（Ⅱ）若以B、C、D、F為頂點的三棱錐的體積記為f（x），求f（x）的最大值；
（Ⅲ）當f（x）取得最大值時，求異面直線CD和BE所成角的余弦值．

Answer 1

分析：（1）由面面垂直的判定定理推出即可；
（2）過D作DH∥AE，則DG=AE，且DH⊥平面EBCF，由f（x）=V_D-BFC =

1

3

×S△BFC×DH 求出f（x）的解析式，由二次函數的性質求出其最大值；
（3）作平行線得到∠AMN即為異面直線CD和BE所成的角，求出此角所在三角形的三邊長，余弦定理求得θ的余弦值．

解答：解：（Ⅰ）∵平面AEFD⊥平面EBCF，AE⊥EF，∴AE⊥平面EBCF，
∴AE⊥BC
∵BE⊥BC，
∴BC⊥平面ABE．
又BC?平面ABCD，
∴平面ABE⊥平面ABCD．  …（4分）
（Ⅱ）∵AD∥平面BFC，
∴f(x)=VD-BFC=VA-BFC=

1

3

S△BFC•AE…6分
=

1

3

×

1

3

×4(4-x)x=-

2

3

(x-2)2+

8

3

≤

8

3

即x=2時，f（x）有最大值

8

3

．  …（8分）
（Ⅲ）取BC中點M，作MN∥BE交EF于N，連結AM，AN，
∵MC∥AD，且MC=AD，
∴AMCD為平行四邊形．∴AM∥CD
∴∠AMN即為異面直線CD和BE所成的角．…（10分）
計算得AN=2

2

，MN=2，AM=2

3

，
∴cos∠AMN=

3

3

…（12分）

點評：本題考查求三棱錐的體積，求函數的最大值，求異面直線所成的角的余弦值，找出異面直線所成的角，是解題的關鍵．