解答题如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC=BC=CC1=2,AC⊥BC,点D是AB的中点.
(Ⅰ)求证:AC1∥平面CDB1;
(Ⅱ)求点B到平面CDB1的距离;
(Ⅲ)求二面角B-B1C-D的大小.
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解:∵在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC=BC=CC1=2,AC⊥BC,
∴AC、BC、CC1两两垂直.
如图,以C为原点,直线CA,CB,CC1分别为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系,
则C(0,0,0),A(2,0,0),B(0,2,0),C1(0,0,2),D(1,1,0).
(Ⅰ)证明:
设BC1与B1C的交点为E,则E(0,1,1).
∵,∴,∴DE∥AC1…(3分)
∵DE?平面CDB1,AC1?平面CDB1,∴AC1∥平面CDB1(4分)
(Ⅱ)设点B到平面CDB1的距离为h.
在三棱锥B1-BCD中,
∵,且B1B⊥平面BCD,
∴(6分)
易求得,
∴.
即点B到平面CDB1的距离是..(9分)
(Ⅲ)在平面ABC内作DF⊥BC于点F,过点F作FG⊥B1C于点G,连接DG.
易证明DF⊥平面BCC1B1,从而GF是DG在平面BCC1B1内的射影,
根据三垂线定理得B1C⊥GD.
∴∠DGF是二面角B-B1C-D的平面角(12分)
易知,
∵,
∴=.
∴二面角B-B1C-D的大小是.(14分)解析分析:以C为原点,直线CA,CB,CC1分别为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系(Ⅰ)求出,推出DE∥AC1.从而证明AC1∥平面CDB1;(Ⅱ)点B到平面CDB1的距离为h.通过,求点B到平面CDB1的距离;(Ⅲ)在平面ABC内作DF⊥BC于点F,过点F作FG⊥B1C于点G,连接DG,说明∠DGF是二面角B-B1C-D的平面角,求出与公式相关向量,计算,求二面角B-B1C-D的大小.点评:本题考查用空间向量求直线与平面的夹角,直线与平面平行的判定,用空间向量求平面间的夹角,考查空间想象能力,逻辑思维能力,是中档题.