Question

如圖，在三棱柱ABC—A₁B₁C₁中，AA₁⊥面ABC,AC⊥BC,E、F分別在線(xiàn)段上，B₁E=3EC₁，AC＝BC＝CC₁＝4.

（1）求證：BC⊥AC₁；
（2）試探究：在AC上是否存在點(diǎn)F，滿(mǎn)足EF／／平面A₁ABB₁，若存在，請(qǐng)指出點(diǎn)F的位置，并給出證明；若不存在，說(shuō)明理由．

Answer 1

（1）證明過(guò)程詳見(jiàn)解析；（2）證明過(guò)程詳見(jiàn)解析.

試題分析：本題主要以三棱柱為幾何背景考查線(xiàn)線(xiàn)垂直,線(xiàn)面垂直、線(xiàn)面平行、面面平行等數(shù)學(xué)知識(shí)，考查學(xué)生的邏輯推理能力和空間想象能力，考查學(xué)生的數(shù)形結(jié)合思想.第一問(wèn)，由于AA₁⊥面ABC，所以利用線(xiàn)面垂直的性質(zhì)得垂直面內(nèi)的線(xiàn)BC，而，利用線(xiàn)面垂直的判定得面，所以BC垂直于面內(nèi)的線(xiàn)；第二問(wèn)，法一：先找到F點(diǎn)的位置，再證明，作出輔助線(xiàn)，因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824041606989643.png" style="vertical-align:middle;" />，所以得到，而，即，所以且，所以四邊形AFEG為平行四邊形，所以，所以利用線(xiàn)面平行的判定得平面；法二：作出輔助線(xiàn)，利用線(xiàn)面平行的判定，可以推斷出平面，平面，利用面面平行的判定，得面平面，所以得平面.
試題解析：(1)∵AA₁⊥面ABC，BC?面ABC，
∴BC⊥AA₁.（1分）
又∵BC⊥AC，AA₁，AC?面AA₁C₁C，AA₁∩AC＝A，∴BC⊥面AA₁C₁C，（3分）
又AC₁?面AA₁C₁C，∴BC⊥AC₁.（4分）

(2)(法一)當(dāng)AF＝3FC時(shí)，F(xiàn)E∥平面A₁ABB₁.（7分）
理由如下：在平面A₁B₁C₁內(nèi)過(guò)E作EG∥A₁C₁交A₁B₁于G，連結(jié)AG.
∵B₁E＝3EC₁，∴，
又AF∥A₁C₁且，
∴AF∥EG且AF＝EG，
∴四邊形AFEG為平行四邊形，∴EF∥AG，（10分）
又EF?面A₁ABB₁，AG?面A₁ABB₁，∴EF∥平面A₁ABB₁.（12分）
(法二)當(dāng)AF＝3FC時(shí)，F(xiàn)E∥平面A₁ABB₁.（9分）
理由如下：在平面BCC₁B₁內(nèi)過(guò)E作EG∥BB₁交BC于G，連結(jié)FG.

∵EG∥BB₁，EG?面A₁ABB₁，BB₁?面A₁ABB₁，
∴EG∥平面A₁ABB₁.∵B₁E＝3EC₁，∴BG＝3GC，
∴FG∥AB，又AB?面A₁ABB₁，F(xiàn)G?面A₁ABB₁，
∴FG∥平面A₁ABB₁.
又EG?面EFG，F(xiàn)G?面EFG，EG∩FG＝G，
∴平面EFG∥平面A₁ABB₁.（11分）
∵EF?面EFG，∴EF∥平面A₁ABB₁.（12分）