如图所示,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥平面ABC,∠ACB=90°,AB=2,BC=1,,D是棱CC1的中点.(Ⅰ)证明:A1D⊥平面AB1C1;(Ⅱ)求

发布时间:2020-07-31 19:11:58

如图所示,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥平面ABC,∠ACB=90°,AB=2,BC=1,,D是棱CC1的中点.
(Ⅰ)证明:A1D⊥平面AB1C1;
(Ⅱ)求平面A1B1A与平面AB1C1所成的锐二面角的余弦值.

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解:(Ⅰ)∵∠ACB=90°,∴BC⊥AC.
∵三棱柱ABC-A1B1C1中,CC1⊥平面ABC.∴BC⊥CC1,
∵AC∩CC1=C,∴BC⊥平面ACC1A1.
∵A1D?平面ACC1A1,∴BC⊥A1D,而BC∥B1C1,则B1C1⊥A1D.
在Rt△ACC1与Rt△DC1A1中,,∴△ACC1~△DC1A1,
∴∠AC1C=∠DA1C1.∴∠AC1C+∠C1DA1=90°.即A1D⊥AC1.
∵B1C1∩AC1=C1,∴A1D⊥平面AB1C1.
(Ⅱ)如图,设A1D∩AC1=H,过A1作AB1的垂线,垂足为G,连GH,
∵A1D⊥平面AB1C1,∴AB1⊥A1D,∴AB1⊥平面A1GH∴∠A1GH为二面角A1-AB1-C1的平面角.
在Rt△AA1B1中,,A1B1=2,∴,∴;
在Rt△AA1C1中,,,∴AC1=3,∴.
∴在Rt△A1GH中,,.
故锐二面角A1-AB1-C1的余弦值为.
即平面A1B1A与平面AB1C1所成的锐二面角的余弦值为.
解析分析:(Ⅰ) 由已知,AA1⊥平面ABC,∠ACB=90°,证出B1C1⊥AA1C1C,从而得B1C1⊥A1D;在矩形AA1C1C中,利用△ACC1~△DC1A1,证出A1D⊥AC1,由线面垂直的判定定理即可证明:A1D⊥平面AB1C1.(Ⅱ)在(Ⅰ)的基础上,设垂足(即为A1D与AC1的交点)为H,过A1作AB1的垂线,垂足为G,连GH,有三垂线定理逆定理,可证∠A1GH为二面角A1-AB1-C1的平面角,再解三角形A1GH即可获解.

点评:本题主要考查二面角的计算,直线和平面垂直的性质、判定,考查学生空间想象能力,计算能力、转化能力.空间问题平面化,是解决空间问题最核心的思想方法..
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