Question

（理）如圖，PA⊥平面ABCD，四邊形ABCD是正方形，PA=AD=2，點E、F、G分別為線段PA、PD和CD的中點．
（1）求異面直線EG與BD所成角的大小；
（2）在線段CD上是否存在一點Q，使得點A到平面EFQ的距離恰為？若存在，求出線段CQ的長；若不存在，請說明理由．
（文）已知坐標平面內的一組基向量為，，其中，且向量．
（1）當和都為單位向量時，求；
（2）若向量和向量共線，求向量和的夾角．

Answer 1

【答案】分析：（理科）（1）以點A為坐標原點，射線AB，AD，AZ分別為x軸、y軸、z軸的正半軸建系如圖示，寫出點E（0，0，1）、G（1，2，0）、B（2，0，0）、D（0，2，0），和向量，的坐標，利用異面直線EG與BD所成角公式求出異面直線EG與BD所成角大小即可；
（2）對于存在性問題，可先假設存在，即先假設在線段CD上存在一點Q滿足條件，設點Q（x，2，0），平面EFQ的法向量為，再點A到平面EFQ的距離，求出x，若出現矛盾，則說明假設不成立，即不存在；否則存在．
（文科）（1）由題意，得出，都為單位向量．從而求得．
（2）由條件，因為向量和向量共線，根據共線向量的性質求得：．最后利用向量和的夾角即可求得向量和的夾角．
解答：解：（理科）（1）以點A為坐標原點，射線AB，AD，AZ分別為x軸、y軸、z軸的正半軸建立空間直角坐標系如圖示，點E（0，0，1）、G（1，2，0）、B（2，0，0）、D（0，2，0），
則，．
設異面直線EG與BD所成角為θ=，
所以異面直
線EG與BD所成角大小為．
（2）假設在線段CD上存在一點Q滿足條件，設點Q（x，2，0），平面EFQ的法向量為，
則有得到y=0，z=xx，取x=1，
所以，則，又x＞0，解得，
所以點即，則．
所以在線段CD上存在一點Q滿足條件，且長度為．
（文科）解：（1）由題意，當x=0時，sinx=0，cosx=1，此時，都為單位向量．
故，
所以．
（2）由條件
因為向量和向量共線，
所以，
因為，
所以．
于是，，
設向量和的夾角為θ
則=，
即向量和的夾角為．
點評：考查利用空間向量證明垂直和求夾角和距離問題，以及平行向量與共線向量的判定定理，體現 了轉化的思想方法，屬中檔題．