如图,一张平行四边形的硬纸片ABC0D中,AD=BD=1,.沿它的对角线BD把△BDC0折起,使点C0到达平面ABC0D外点C的位置.
(Ⅰ)△BDC0折起的过程中,判断平面ABC0D与平面CBC0的位置关系,并给出证明;
(Ⅱ)当△ABC为等腰三角形,求此时二面角A-BD-C的大小.
网友回答
解:(Ⅰ)结论:平面ABC0D⊥平面CBC0…(1分)
证明:∵AD=BD=1,.
∴AD2+BD2=2=AB2,可得∠ADB=90°,即AD⊥DB
∵四边形ABC0D是平行四边形,∴AD∥C0B,可得C0B⊥DB.
而在折叠过程中,∠DBC=∠DBC0=90°不变,所以DB⊥BC,
又∵DB⊥BC0,BC、BC0是平面CBC0内的相交直线,∴DB⊥平面CBC0.
∵DB?平面ABC0D,所以平面ABC0D⊥平面CBC0.…(5分)
(Ⅱ)以D为坐标原点,射线DA,DB分别为x轴正半轴和y轴正半轴,建立如图的空间直角坐标系D-xyz,
则A(1,0,0),B(0,1,0),D(0,0,0).…(6分)
由(Ⅰ)可设点C的坐标为(x,1,z),其中z>0,
则有x2+z2=1.??????①
因为△ABC为等腰三角形,
所以AC=1或.…(8分)
若AC=1,则有(x-1)2+1+z2=1.
则此得x=1,z=0,不合题意.
若,则有(x-1)2+1+z2=2.??????②
联立①和②得,.
因此点C的坐标为.
由于DA⊥BD,BC⊥BD,所以与夹角的大小等于二面角A-BD-C的大小.
∵,,
∴.
所以,即二面角A-BD-C的大小为60°.…(12分)
解析分析:(I)用勾股定理的逆定理,可证出AD⊥DB,C0B⊥DB.因为在折叠过程中,所以DB始终与BC垂直,根据线面垂直的判定定理可得DB⊥平面CBC0,最后用面面垂直的判定定理可得到平面ABC0D与平面CBC0互相垂直.(II)以D为坐标原点,射线DA,DB分别为x轴正半轴和y轴正半轴,建立空间直角坐标系,从而得出A、B、D各点的坐标,再设点C(x,1,z),其中z>0,根据BC=1和△ABC为等腰三角形建立关于x、z方程组,解之可得点C的坐标为.最后用空间向量夹角的坐标公式,求出向量与夹角为60°,即为二面角A-BD-C的大小.
点评:本题以一个平面翻折问题为载体,考查了空间的线面位置关系,考查了平面与平面垂直的判定和两个平面所成角的大小求法等知识,属于中档题.