如图,四面体ABCD中,平面ABC⊥平面BCD,AC=AB,CB=CD,∠DCB=120°,点E在BD上,且CE=DE.
(Ⅰ)求证:AB⊥CE;
(Ⅱ)若AC=CE,求二面角A﹣CD﹣B的余弦值.


如图,四面体ABCD中,平面ABC⊥平面BCD,AC=AB,CB=CD,∠DCB=120°,点E在BD上,且CE=DE.
(Ⅰ)求证:AB⊥CE;
(Ⅱ)若AC=CE,求二面角A﹣CD﹣B的余弦值.


【考点】二面角的平面角及求法;空间中直线与直线之间的位置关系.
【专题】空间位置关系与距离;空间角.
【分析】(Ⅰ)由已知得∠CDB=30°,∠DCE=30°,∠BCE=90°,从而EC⊥BC,由平面ABC⊥平面BCD,得EC⊥平面ABC,由此能证明EC⊥AB.
(Ⅱ)取BC的中点O,BE中点F,连结OA,OF,以O为原点,OB为y轴,OA为z轴,建立空间直角坐标系,求出平面ACD的法向量和平面BCD的法向量,由此利用向量法能注出二面角A﹣CD﹣B的余
弦值.
【解答】解:(Ⅰ)证明:△BCD中,CB=CD,∠BCD=120°,
∴∠CDB=30°,
∵EC=DE,∴∠DCE=30°,∠BCE=90°,
∴EC⊥BC,
又∵平面ABC⊥平面BCD,平面ABC与平面BCD的交线为BC,
∴EC⊥平面ABC,∴EC⊥AB.
(Ⅱ)解:取BC的中点O,BE中点F,连结OA,OF,
∵AC=AB,∴AO⊥BC,
∵平面ABC⊥平面BCD,平面ABC∩平面BCD=BC,
∴AO⊥平面BCD,∵O是BC中点,F是BE中点,∴OF⊥BC,
以O为原点,OB为y轴,OA为z轴,建立空间直角坐标系,
设DE=2,则A(0,0,1),B(0,![]()
,0),
C(0,﹣![]()
,0),D(3,﹣2![]()
,0),
∴![]()
=(0,﹣![]()
,﹣1),![]()
=(3,﹣![]()
,0),
设平面ACD的法向量为![]()
=(x,y,z),
则
,取x=1,得![]()
=(1,![]()
,﹣3),
又平面BCD的法向量![]()
=(0,0,1),
∴cos<![]()
>=![]()
=﹣![]()
,
∴二面角A﹣CD﹣B的余弦值为![]()
.


【点评】本小题主要考查立体几何的相关知识,具体涉及到线面以及面面的垂直关系、二面角的求法及空间向量在立体几何中的应用.本小题对考生的空间想象能力与运算求解能力有较高要求.