(5分)已知正方体 A B C D-A_ 1 B_ 1 C…——2012 高考数学第 16 题答案解析

2012_大纲版 (2012·文)

2012 全国 第 16 题 填空题 区分题
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16.(5分)已知正方体 $A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$ 中,$E$ ,$F$ 分别为 $B_{1}, C C_{1}$ 的中点,那么异面直线 $A E$ 与 $D_{1} F$ 所成角的余弦值为 $\_\_\_\_$ $\frac{3}{5}$ .

参考答案$\frac{3}{5}$

完整解析 · 逐步详解

【考点】L2:棱柱的结构特征; LM :异面直线及其所成的角.
【专题】11:计算题;16:压轴题.
【分析】设正方体 $A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$ 棱长为 2 ,以 $D A$ 为 $x$ 轴,$D C$ 为 $y$ 轴,$D D_{1}$ 为 $z$ 轴,建立空间直角坐标系,则 $\overrightarrow{\mathrm{AE}}=(0,2,1), \overrightarrow{\mathrm{D}_{1} \mathrm{~F}}=(0,2,-1)$ ,由此利用向量法能够求出异面直线 AE 与 $\mathrm{D}_{1} \mathrm{~F}$ 所成角的余弦值。

【解答】解:设正方体 $A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$ 棱长为 2 ,以 $D A$ 为 $x$ 轴,$D C$ 为 $y$ 轴,$D D_{1}$ 为 $z$轴,

建立空间直角坐标系,
则 $A(2,0,0), E(2,2,1) D_{1}(0,0,2), F(0,2,1)$
$\therefore \overrightarrow{\mathrm{AE}}=(0,2,1), \overrightarrow{\mathrm{D}_{1} \mathrm{~F}}=(0,2,-1)$ ,
设异面直线 $A E$ 与 $D_{1} F$ 所成角为 $\theta$ ,
则 $\cos \theta=\left|\cos <\overrightarrow{\mathrm{AE}}, \overrightarrow{\mathrm{D}_{1} \mathrm{~F}}>\left|=\left|\frac{0+4-1}{\sqrt{5} \cdot \sqrt{5}}\right|=\frac{3}{5}\right.\right.$ .
故答案为:$\frac{3}{5}$ .

【点评】本题考查异面直线所成角的余弦值的求法,是基础题.解题时要认真

审题,仔细解答,注意向量法的合理运用.

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