利用空间向量解决探索性问题
例3 如图，在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AB ＝BC ＝2AA 1，∠ABC ＝90°，D 是BC 的中点．
(1)求证：A 1B ∥平面ADC 1；(2)求二面角C 1－AD －C 的余弦值；(3)试问线段A 1B 1上是否存在点E ，使AE 与DC 1成60°角？若存在，确定E 点位置；若不存在，说明理由．
空间向量最适合于解决这类立体几何中的探索性问题，它无需进行复杂的作图、论证、推
理，只需通过坐标运算进行判断．解题时，把要成立的结论当作条件，据此列方程或方程组，把“是否存在”问题转化为“点的坐标是否有解，是否有规定范围内的解”等，所以为使问题的解决更简单、有效，应善于运用这一方法．
如图，在三棱锥P —ABC 中，AC ＝BC ＝2，∠ACB ＝90°，AP ＝BP ＝AB ，PC ⊥AC ，点
D 为BC 的中点；(1)求二面角A —PD —B 的余弦值；(2)在直线AB 上是否存在点M ，使得PM 与平面P AD
1所成角的正弦值为，若存在，求出点M 的位置；若不存在，说明理由． 6
提醒三点：(1)直线的方向向量和平面的法向量所成角的余弦值的绝对值是线面角的正弦值，而不是余弦值．(2)求二面角除利用法向量外，还可以按照二面角的平面角的定义和空间任意两个向量都是共面向量的知识，我们只要是在二面角的两个半平面内分别作和二面角的棱垂直的向量，并且两个向量的方向均指向棱或者都从棱指向外，那么这两个向量所成的角的大小就是二面角的大小．如图所示【上图】．
→→→→(3)对于空间任意一点O 和不共线的三点A ，B ，C ，且有OP ＝xOA ＋yOB ＋zOC (x ，y ，z ∈R ) ，四点P ，A ，
→→B ，C 共面的充要条件是x ＋y ＋z ＝1. 空间一点P 位于平面MAB 内⇔存在有序实数对x ，y ，使MP ＝xMA ＋
→→→→→yMB ，或对空间任一定点O ，有序实数对x ，y ，使OP ＝OM ＋xMA ＋yMB .
1．如图，在边长为4的菱形ABCD 中，∠DAB ＝60°. 点E 、F 分别在边CD 、CB 上，点E 与点C 、D 不重合，EF ⊥AC ，EF ∩AC ＝O . 沿EF 将△CEF 翻折到△PEF 的位置，使平面PEF ⊥平面ABFED .(1)求证：
→→BD ⊥平面POA ；(2)设点Q 满足AQ ＝λQP (λ>0)，试探究：当PB 取得最小值时，直线OQ 与平面PBD 所
π成角的大小是否一定大于 4
2．如图，AB 为圆O 的直径，点E ，F 在圆上且EF ∥AB ，矩形ABCD 所在平面和圆O 所在平面垂直，已知AB ＝2，EF ＝1.(1)求证：平面ADE ⊥平面BCE ；(2)当AD 的长为何值时，二面角D －EF －B 的大小为60°？
利用空间向量解决探索性问题
例3 如图，在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AB ＝BC ＝2AA 1，∠ABC ＝90°，D 是BC 的中点．
(1)求证：A 1B ∥平面ADC 1；(2)求二面角C 1－AD －C 的余弦值；(3)试问线段A 1B 1上是否存在点E ，使AE 与DC 1成60°角？若存在，确定E 点位置；若不存在，说明理由．
空间向量最适合于解决这类立体几何中的探索性问题，它无需进行复杂的作图、论证、推
理，只需通过坐标运算进行判断．解题时，把要成立的结论当作条件，据此列方程或方程组，把“是否存在”问题转化为“点的坐标是否有解，是否有规定范围内的解”等，所以为使问题的解决更简单、有效，应善于运用这一方法．
如图，在三棱锥P —ABC 中，AC ＝BC ＝2，∠ACB ＝90°，AP ＝BP ＝AB ，PC ⊥AC ，点
D 为BC 的中点；(1)求二面角A —PD —B 的余弦值；(2)在直线AB 上是否存在点M ，使得PM 与平面P AD
1所成角的正弦值为，若存在，求出点M 的位置；若不存在，说明理由． 6
提醒三点：(1)直线的方向向量和平面的法向量所成角的余弦值的绝对值是线面角的正弦值，而不是余弦值．(2)求二面角除利用法向量外，还可以按照二面角的平面角的定义和空间任意两个向量都是共面向量的知识，我们只要是在二面角的两个半平面内分别作和二面角的棱垂直的向量，并且两个向量的方向均指向棱或者都从棱指向外，那么这两个向量所成的角的大小就是二面角的大小．如图所示【上图】．
→→→→(3)对于空间任意一点O 和不共线的三点A ，B ，C ，且有OP ＝xOA ＋yOB ＋zOC (x ，y ，z ∈R ) ，四点P ，A ，
→→B ，C 共面的充要条件是x ＋y ＋z ＝1. 空间一点P 位于平面MAB 内⇔存在有序实数对x ，y ，使MP ＝xMA ＋
→→→→→yMB ，或对空间任一定点O ，有序实数对x ，y ，使OP ＝OM ＋xMA ＋yMB .
1．如图，在边长为4的菱形ABCD 中，∠DAB ＝60°. 点E 、F 分别在边CD 、CB 上，点E 与点C 、D 不重合，EF ⊥AC ，EF ∩AC ＝O . 沿EF 将△CEF 翻折到△PEF 的位置，使平面PEF ⊥平面ABFED .(1)求证：
→→BD ⊥平面POA ；(2)设点Q 满足AQ ＝λQP (λ>0)，试探究：当PB 取得最小值时，直线OQ 与平面PBD 所
π成角的大小是否一定大于 4
2．如图，AB 为圆O 的直径，点E ，F 在圆上且EF ∥AB ，矩形ABCD 所在平面和圆O 所在平面垂直，已知AB ＝2，EF ＝1.(1)求证：平面ADE ⊥平面BCE ；(2)当AD 的长为何值时，二面角D －EF －B 的大小为60°？