题目内容
(本小题满分12分)
如图,直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD是边长为a的
菱形,且,侧棱AA1长等于3a,O为底面ABCD对
角线的交点.
(1)求证:OA1∥平面B1CD1;
(2)求异面直线AC与A1B所成的角;
(3)在棱上取一点F,问AF为何值时,C1F⊥平面BDF?
(2)
解析:
(方法一)(1) 连A1C1,设其与B1D1交于点O1. ∵A1O1OC, ∴四边形A1O1OC为平行四边形, ∴OA1//O1C, 平面B1CD1, 平面B1CD1, ∴OA1∥平面B1CD1.
(2) ∵A1C1//AC,∴就是异面直线AC与A1B所成的角或其补角.
由题意得
根据余弦定理得
故异面直线AC与A1B所成的角为
(3) ∵ABCD是菱形,∴ 又 ∴平面.
∵平面,∴
故C1F⊥平面BOF ∴.
设,则 ∴ 即
解得故当AF时,C1F⊥平面BOF.
(方法二) 以O为原点,OC、OD所在直线分别为
x轴、y轴,则O(0, 0, 0), ,,
,,
.
(1)
∴ 平面,平面,
∴OA1∥平面B1CD1.
(2),,
于是
故异面直线AC与A1B所成的角为
(3) 设为上任意一点,则.
∵,于是C1F⊥平面BOF
解得. 即时,C1F⊥平面BOF.
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