题目内容

【题目】如图,在三棱柱ABCA1B1C1中,已知四边形AA1C1C为矩形,AA16ABAC4,∠BAC=∠BAA160°,∠A1AC的角平分线ADCC1D.

1)求证:平面BAD⊥平面AA1C1C

2)求二面角AB1C1A1的余弦值.

【答案】1)证明见解析;(2

【解析】

1)过点DDEACAA1E,连接CEBE,设ADCEO,连接BO,推导出DEAE,四边形AEDC为正方形,CEAD,推导出△BAC≌△BAE,从而BCBECEBO,从而CE⊥平面BAD,由此能证明平面BAD⊥平面AA1C1C.

2)推导出BOADBOCE,从而BO⊥平面AA1C1C,建立空间直角坐标系Oxyz,利用向量法能求出二面角AB1C1A1的余弦值.

解:(1)如图,过点DDEACAA1E,连接CEBE

ADCEO,连接BO,∵ACAA1,∴DEAE

AD为∠A1AC的角平分线,∴四边形AEDC为正方形,∴CEAD

又∵ACAE,∠BAC=∠BAEBABA,∴BACBAE,∴BCBE

又∵OCE的中点,∴CEBO

又∵ADBO平面BADADBOO,∴CE⊥平面BAD.

又∵CE平面AA1C1C,∴平面BAD⊥平面AA1C1C.

2)在ABC中,∵ABAC4,∠BAC60°,∴BC4

RtBOC中,∵,∴

AB4,∵BO2+AO2AB2,∴BOAD

BOCEADCEOADCE平面AA1C1C,∴BO⊥平面AA1C1C

故建立如图空间直角坐标系Oxyz

A2,﹣20),A1240),C1(﹣240),

设平面AB1C1的一个法向量为

,∴

x16,得

设平面A1B1C1的一个法向量为

,∴

,得

故二面角AB1C1A1的余弦值为.

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