题目内容
如图,正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱长都为2,D为CC1中点.
(I)求证:AB1⊥平面A1BD;
(II)求二面角A-A1D-B的大小.
本小题主要考查直线与平面的位置关系,三面角的大小等知识,考查空间想象能力、逻辑思维能力和运算能力
解法一:(I)取BC中点O,连结AO.
∵△ABC为正三角形,∴AO⊥BC.
∵正三棱柱ABC-A1B1C1中,平面ABC⊥平面BCC1B1,
∴AO⊥平面BCC1B1,
连结B1O,在正方形BB1C1C中,O、D分别为BC、CC1的中点,
∴B1O⊥BD,
∴AB1⊥BD.
在正方形ABB1A1中,AB1⊥A1B,
∴AB1⊥平面A1BD.
(II)设AB1与A1B交于点C,在平面A1BD中,作GF⊥A1D于F,连结AF,由(I)得AB1⊥平面A1BD,
∴AF⊥A1D
∴∠AFG为二面A-A1D-B的平面角.
在△AA1D中,由等面积法可求得AF=,
又∵AG==,
∴sin∠AFG=,
所以二面角A-A1D-B的大小为arcsin.
解法二:(I)取BC中点O,连结AO.
∵△ABC为正三角形,∴AO⊥BC.
∵正三棱柱ABC-A1B1C1中,平面ABC⊥平面BCC1B1,
∴AO⊥平面BCC1B1.
取B1C1中点O1,以O为原点,的方向为x、y、z轴的正方向建立空间直角坐标系,则B(1,0,0),D (-1,1,0),A1(0,2,),A(0,0,),B1(1,2,0),
∴
∵
∴⊥⊥,
∴AB1⊥平面A1BD.
(II)设平面A1AD的法向量为n=(x,y,z).
∵n⊥⊥,
∴ ∵ ∴
令z=1得a=(-,0,1)为平面A1AD的一个法向量.
由(I)知AB1⊥A1BD.
∴为平面A1BD的法向量.
cos<n,>===-.
∴二面角A-A1D-B的大小为arccos.
A、2 | ||
B、
| ||
C、
| ||
D、
|