Question

如圖，在梯形ABCD中，AB∥CD，∠ADC=90°，3AD=DC=3，AB=2，E是DC上點，且滿足DE=1，連接AE，將△DAE沿AE折起到△D₁AE的位置，使得∠D₁AB=60°，設AC與BE的交點為O．
（1）試用基向量

AB

，

AE

，

AD1

表示向量

OD1

；
（2）求異面直線OD₁與AE所成角的余弦值；
（3）判斷平面D₁AE與平面ABCE是否垂直？并說明理由．

Answer 1

（1）∵AB∥CE，AB=CE=2，
∴四邊形ABCE是平行四邊形，∴O為BE的中點．
∴

OD1

=

AD1

-

AO

=

AD1

-

1

2

（

AB

+

AE

）
=

AD1

-

1

2

AB

-

1

2

AE

．

（2）設異面直線OD₁與AE所成的角為θ，
則cosθ=|cos＜

OD1

，

AE

＞|=|

OD1 • AE

| OD1 |•| AE |

|，
∵

OD1

•

AE

=（

AD1

-

1

2

AB

-

1

2

AE

）•

AE

=

AD1

•

AE

-

1

2

AB

•

AE

-

1

2

|

AE

|²
=1×

2

×cos45°-

1

2

×2×

2

×cos45°-

1

2

×（

2

）²
=-1，
|

OD1

|=

( AD1 - 1 2 AB - 1 2 AE )2

=

6

2

，
∴cosθ=|

OD1 • AE

| OD1 |•| AE |

|=|

-1

6 2 × 2

|=

3

3

．
故異面直線OD₁與AE所成角的余弦值為

3

3

．
（3）平面D₁AE⊥平面ABCE．證明如下：
取AE的中點M，則

D1M

=

AM

-

AD1

=