如图,在三棱柱ABC-中,已知CC1=BB1=2,BC=1,,AB⊥侧面BB1C1C,
(1)求直线C1B与底面ABC所成角正切值;
(2)在棱CC1(不包含端点C,C1)上确定一点E的位置,使得EA⊥EB1(要求说明理由).
(3)在(2)的条件下,若,求二面角A-EB1-A1的大小.
网友回答
解:(1)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,CC1⊥平面ABC,
∴C1B在平面ABC上的射影为CB.
∴∠C1BC为直线C1B与底面ABC所成角.
∵CC1=BB1=2,BC=1,∴tan∠C1BC=2.
即直线C1B与底面ABC所成角正切值为2.
(2)当E为中点时,EA⊥EB1.
∵CE=EC1=1,BC=B1C1=1,∴∠BEC=∠B1EC1=450,∴∠BEB=90°,
即B1E⊥BE
又∵AB⊥平面BB1CC1,EB1?平面BB1C1C∴AB⊥EB1,
∵BE∩AB=B,∴EB1⊥平面ABE,
EA?平面ABE,EA⊥EB1.
(3)取EB1的中点G,A1E的中点F,
则FG∥A1B1,且FG=A1B1,
∵A1B1⊥EB1,∴FG⊥EB1,
连接A1B,AB1,设A1B∩AB1=O,
连接OF,OG,FG,
则OG∥AE,且OG=AE,∵AE⊥EB1,∴OG⊥EB1.
∴∠OGF为二面角A-EB1-A1的平面角.
∵OG=AE=1,且FG=A1B1=,OF=BE=,∠OGF=45°
∴二面角A-EB1-A1的大小为45°,
另解:如图,以B为原点建立空间直角坐标系,则B(0,0,0),C1(1,2,0),B1(0,2,0).
(1)直三棱柱ABC-A1B1C1中,
平面ABC的法向量=(0,2,0).,
又=(1,2,0)
设C1B与平面ABC所成的角为θ,
则sinθ=|cos|=
∴tanθ=2
即直线C1B与底面ABC所成角正切值为2.
(2)设E(1,y,0),则=(-1,2-y,0),=(-1,y,z)
∵AE⊥EB1,∴AE?EB1=1-y(2-y)=0
∴y=1,即E(1,1,0),∴E为CC1的中点.
(3)∵A(0,0,2),则=(1,1,-),=(1,-1,0),
设平面AEB1的法向量=(x1,y1,z1),
则∴,取=(1,1,)
∵=(1,-1,0),
,=1-1=0∴BE⊥B1E,
又BE⊥A1B1,∴BE⊥平面A1B1E,∴平面A1B1E的法向量=(1,1,0),∴cos<,>=
∴二面角A-EB1-A1的大小为45°.
解析分析:方法一:(I)如图,由线面角的定义作出直线C1B与底面ABC所成角,在直角三角形中求出该角的正切值.(II)由图形及题设可观察出当E为中点时,EA⊥EB1.下由线面垂直来证线线垂直.(III)先做出二面角的平面角,再进行证明,然后再求角.方法二:建立空间坐标系,给出各点的坐标,(I)求出面的法向量与线的方向向量,由公式求线面角.(II)设出E的坐标,将垂直关系转化为向量的内积为零建立方程求E的坐标.即可确定出E的位置.(III)求出两面的法向量,再由公式求出二面角的余弦值.
点评:考查线面角的求法,线线垂直的证明以及二面角的求法,方法二中用空间向量求线面角,证线线垂直,求二面角,方法新颖.