题目内容
【题目】如图,在三棱柱ABC﹣A1B1C1中,已知四边形AA1C1C为矩形,AA1=6,AB=AC=4,∠BAC=∠BAA1=60°,∠A1AC的角平分线AD交CC1于D.
(1)求证:平面BAD⊥平面AA1C1C;
(2)求二面角A﹣B1C1﹣A1的余弦值.
【答案】(1)证明见解析;(2)
【解析】
(1)过点D作DE∥AC交AA1于E,连接CE,BE,设AD∩CE=O,连接BO,推导出DE⊥AE,四边形AEDC为正方形,CE⊥AD,推导出△BAC≌△BAE,从而BC=BE,CE⊥BO,从而CE⊥平面BAD,由此能证明平面BAD⊥平面AA1C1C.
(2)推导出BO⊥AD,BO⊥CE,从而BO⊥平面AA1C1C,建立空间直角坐标系O﹣xyz,利用向量法能求出二面角A﹣B1C1﹣A1的余弦值.
解:(1)如图,过点D作DE∥AC交AA1于E,连接CE,BE,
设AD∩CE=O,连接BO,∵AC⊥AA1,∴DE⊥AE,
又AD为∠A1AC的角平分线,∴四边形AEDC为正方形,∴CE⊥AD,
又∵AC=AE,∠BAC=∠BAE,BA=BA,∴BAC≌BAE,∴BC=BE,
又∵O为CE的中点,∴CE⊥BO,
又∵AD,BO平面BAD,AD∩BO=O,∴CE⊥平面BAD.
又∵CE平面AA1C1C,∴平面BAD⊥平面AA1C1C.
(2)在ABC中,∵AB=AC=4,∠BAC=60°,∴BC=4,
在RtBOC中,∵,∴,
又AB=4,,∵BO2+AO2=AB2,∴BO⊥AD,
又BO⊥CE,AD∩CE=O,AD,CE平面AA1C1C,∴BO⊥平面AA1C1C,
故建立如图空间直角坐标系O﹣xyz,
则A(2,﹣2,0),A1(2,4,0),C1(﹣2,4,0),,
∴,,,
设平面AB1C1的一个法向量为,
则,∴,
令x1=6,得,
设平面A1B1C1的一个法向量为,
则,∴,
令,得,
∴,
故二面角A﹣B1C1﹣A1的余弦值为.