解答题如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,设AA1=2.M,N分别是C1D1,CC1的中点.
(1)求异面直线A1N与MC所成角的余弦值;
(2)设P为线段AD上任意一点,求证:MC⊥PN.
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解:(1)∵正方体ABCD-A1B1C1D1中,DA、DC、DD1两两互相垂直,
∴以D为原点,分别以DA、DC、DD1为x、y、z轴,建立如图空间直角坐标系
可得D(0,0,0),A(2,0,0),A1(2,0,2),C(0,2,0),M(0,1,2),N(0,2,1)
∴向量=(-2,2,-1),=(0,1,-2)
根据空间向量的夹角公式,得cos<,>==
设异面直线A1N与MC所成角为θ
可得cosθ=|cos<,>|=,即异面直线A1N与MC所成角的余弦值为;
(2)由(1)中所建立的坐标系,得
∵P为线段AD上任意一点,
∴设P(x,0,0),其中x∈[0,2]
可得=(-x,2,1)
∵=(0,1,-2),
∴?=0×(-x)+1×2+(-2)×1=0
由此可得⊥,即P为线段AD上任意一点,都有MC⊥PN成立.解析分析:(1)以D为原点,分别以DA、DC、DD1为x、y、z轴,建立如图空间直角坐标系.可得D、A、A1、C、M、N各点的坐标,从而得到向量和的坐标,利用空间向量的夹角公式算出和夹角的余弦之值,即可得到异面直线A1N与MC所成角的余弦;(2)根据(1)所建立的坐标系,设P(x,0,0),从而得到的坐标,再求出向量的坐标,从而算得?=0,由此可得⊥,即得MC⊥PN成立.点评:本题给出正方体棱的中点,求证直线与直线垂直并求异面直线所成角,着重考查了正方体的性质、空间垂直位置关系的证明和异面直线所成角的求法等知识,属于基础题.