解答题如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,点E在棱CC1的延长线上,且.
(I)求证:D1E∥平面ACB1;
(II)求证平面D1B1E⊥平面DCB1;
(III)求平面ACB1与平面D1B1E所成(锐)二面角的余弦值.
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解:(I)证明:连接DC1,因为ABCD-A1B1C1D1是长方体,且CC1=C1E,
所以DD1∥C1E且DD1=C1E,DD1EC1是平行四边形,DC1∥D1E.
又因为AD∥B1C1且AD=B1C1,ADC1B1是平行四边形,DC1∥AB1,
所以D1E∥AB1.
因为AB1?平面ACB1,D1E?平面ACB1,
所以D1E∥平面ACB1.
(II)证明:连接AD1、DA1,则平面DCB1即平面A1B1CD,由①D1E∥AB1,知平面D1B1E即平面AD1EB1.
因为ABCD-A1B1C1D1是长方体,CD⊥平面ADD1A1,
所以CD⊥AD1.矩形ADD1A1中,AD=DD1,
所以A1D⊥AD1,又A1D∩CD=D,
所以AD1⊥平面A1B1CD,AD1?平面AD1EB1,
所以平面AD1EB1⊥平面A1B1CD.
(Ⅲ)以D为坐标原点,建立如图所示的坐标系,
则A?(1,0,0)C?(0,2,0)B1?(1,2,1),=(-1,2,0)=(0,2,1)
设面ACB1的一个法向量是=(x1,y1,z1),则
∴取z=-2,则=(2,1,-2),
D1(0,0,1)E(0,2,2)=(0,2,1),=(-1,0,1)
设面D1B1E的一个法向量是=(x2,y2,z2)则
∴取z=2,则=(2,-1,2)
设平面ACB1与平面D1B1E所成(锐)二面角的平面角是θ,则cosθ=解析分析:(I)连接DC1,欲证D1E∥平面ACB1,根据直线与平面平行的判定定理可知只需证D1E与平面平面ACB1内一直线平行,而D1E∥AB1,AB1?平面ACB1,D1E?平面ACB1,满足定理条件;(II)连接AD1、DA1,欲证平面AD1EB1⊥平面A1B1CD,根据面面垂直的判定定理可知在平面AD1EB1内一直线与平面A1B1CD垂直,而根据题意可得AD1⊥平面A1B1CD,AD1?平面AD1EB1,满足定理条件.(Ⅲ)以D为坐标原点,建立坐标系,分别求出面ACB1,面D1B1E的一个法向量,利用两法向量夹角间接计算平面ACB1与平面D1B1E所成(锐)二面角的余弦值.点评:本小题主要考查空间线面关系、面面位置关系,二面角的度量、几何体的体积等知识,考查数形结合、化归与转化的数学思想方法,以及空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力.