如图1,△ABC是边长为6的等边三角形,
,点G为BC边的中点,线段AG交线段ED于点F.将△AED沿ED翻折,使平面AED丄平面BCDE,连接AB、AC、AG形成如图2的几何体.(I)求证:BC丄平面AFG
(II)求二面角B-AE-D的大小.在线课程解:(I)图1中,∵
,
∴DE∥BC,且DE=
BC=4.得△ADE是边长等于4的等边三角形,∵G是BC的中点,得AG是等边△ABC的中线
∴AG⊥BC,结合DE∥BC,得AG⊥DE
图2中,∵AF⊥DE,FG⊥DE,AF、FG是平面AFG内的相交直线
∴DE⊥平面AFG
∵DE∥BC,
∴BC丄平面AFG
(II)分别以FG、FD、FA所在直线为x轴、y轴、z轴,
建立如图所示空间直角坐标系,
可得A(0,0,2
),B(
,-3,0),E(0,-2,0)∴
=(
,-3,-2
),
=(-
,1,0)设平面ABE的一个法向量为
=(x,y,z)可得
,取x=1,得y=
,z=-1∴平面ABE的一个法向量为
=(1,
,-1)又∵
=(1,0,0)是平面ADE的一个法向量∴cos<
,
>=
=
结合图形,可得二面角B-AE-D是一个钝二面角
∴二面角B-AE-D的大小是π-arcsos

分析:(I)根据平面几何平行线的判定,可得DE∥BC,得△ADE是边长等于4的等边三角形.线段AG是等边△ABC的高,翻折后得到折线AF和FG,可得AF⊥DE且FG⊥DE,从而DE⊥平面AFG,结合DE∥BC,可得BC丄平面AFG;
(II)分别以FG、FD、FA所在直线为x轴、y轴、z轴,建立如图所示空间直角坐标系,得出A、B、E各点的坐标,从而得到向量
、
的坐标.利用垂直向量数量积为零的方法建立方程组,解出平面ABE的一个法向量为
=((1,
,-1),而平面ADE的一个法向量
=(1,0,0),算出
、
夹角的余弦,再结合图形特征即可得到二面角B-AE-D的大小.点评:本题以等边三角形翻折的问题为例,求证线面垂直并求二面角的大小,着重考查了线面垂直的判定、面面垂直的性质和利用空间向量计算二面角的大小等知识,属于中档题.