(2012•黃岡模擬)如圖,三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥平面ABC,AA1=
6
,AC1
=3,AB=2,BC=1.
(1)證明:BC⊥平面ACC1A1
(2)D為CC1中點(diǎn),在棱AB上是否存在一點(diǎn)E,使DE∥平面AB1C1,證明你的結(jié)論.
(3)求二面角B-AB1-C1的余弦值的大。
分析:(1)先證明BC⊥AC,由AA1⊥平面ABC,可得AA1⊥BC,利用線面垂直的判定,可得結(jié)論;
(2)分別取BB1中點(diǎn)M和AB中點(diǎn)E,可得平面EMD∥平面AB1C1,從而DE∥平面AB1C1;
(3)建立空間直角坐標(biāo)系,求出平面ABB1的一個(gè)法向量
n
=(
3
,0,1
),
A1D
=(0,-
6
2
,-
3
)
是平面AB1C1的一個(gè)法向量,且
A1D
,
n
與二面角B-AB1-C1的大小相等,從而可求二面角B-AB1-C1的余弦值的大。
解答:(1)證明:在矩形ACC1A1中,AA1=
6
,AC1
=3,AB=2,BC=1
∴AB2=AC2+BC2
∴BC⊥AC
∵AA1⊥平面ABC,
∴AA1⊥BC
∵AA1∩AC=A
∴BC⊥平面ACC1A1;
(2)解:分別取BB1中點(diǎn)M和AB中點(diǎn)E,由DM∥B1C1,EM∥AB1,得平面EMD∥平面AB1C1,∴DE∥平面AB1C1
即E為AB中點(diǎn)時(shí),DE∥平面AB1C1;
(3)解:以C為坐標(biāo)原點(diǎn),CB,CC1,CA所在直線分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標(biāo)系,
則C(0,0,0),B(1,0,0),A(0,0,
3
),C1(0,
6
,0),B1(1,
6
,0),A1(0,
6
,
3
),D(0,
6
2
,0)
設(shè)
n
=(x,y,z)
是平面ABB1的一個(gè)法向量
n
AB
=0
n
BB1
=0
可得
x-
3
z=0
6
y=0
,∴可取
n
=(
3
,0,1

A1D
=(0,-
6
2
,-
3
)
是平面AB1C1的一個(gè)法向量,且
A1D
,
n
與二面角B-AB1-C1的大小相等
∴cos
A1D
n
=
A1D
n
|
A1D
||
n
|
=-
6
6

∴所求二面角B-AB1-C1的余弦值的大小為-
6
6
點(diǎn)評(píng):本題主要考查二面角的計(jì)算,直線和平面垂直、平行的性質(zhì)、判定,考查學(xué)生空間想象能力,計(jì)算能力、轉(zhuǎn)化能力
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(x-
1
2
)2+1(x>0)
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