题目内容

【题目】如图,在四棱柱 中,,,,且.

(Ⅰ)求证:平面 ;

(Ⅱ) 求证: ;

(Ⅲ) 若 ,判断直线 与平面 是否垂直?并说明理由.

【答案】(Ⅰ)见解析; (Ⅱ)见解析; (Ⅲ)见解析.

【解析】

(Ⅰ)由题意结合几何关系可证得平面BCC1B1∥平面ADD1A1,据此结合面面平行的性质即可证得题中的结论;

(Ⅱ)由题意可证得AC⊥平面BB1D,据此证明题中的结论即可;

(Ⅲ)结论:直线B1D与平面ACD1不垂直,利用反证法,假设B1D⊥平面ACD1,结合题意得到矛盾的结论即可说明直线B1D与平面ACD1不垂直.

证明:(Ⅰ)∵AD∥BC,BC平面ADD1A1,AD平面ADD1A1,

∴BC∥平面ADD1A1,

∵CC1∥DD1,CC1平面ADD1A1,DD1平面ADD1A1,

∴CC1∥平面ADD1A1,

又∵BC∩CC1=C,

∴平面BCC1B1∥平面ADD1A1,

又∵B1C平面BCC1B1,

∴B1C∥平面ADD1A1.

(Ⅱ)∵BB1⊥平面ABCD,AC底面ABCD,∴BB1⊥AC,又∵AC⊥BD,BB1∩BD=B,

∴AC⊥平面BB1D,

又∵B1D底面BB1D,

∴AC⊥B1D;

(Ⅲ)结论:直线B1D与平面ACD1不垂直,

证明:假设B1D⊥平面ACD1,

由AD1平面ACD1,可得B1D⊥AD1,

由棱柱中,BB1⊥底面ABCD,∠BAD=90°,

可得:A1B1⊥AA1,A1B1⊥A1D1,

又∵AA1∩A1D1=A1,

∴A1B1⊥平面AA1D1D,

∴A1B1⊥AD1,

又∵A1B1∩B1D=B1,

∴AD1⊥平面A1B1D,

∴AD1⊥A1D,

这与四边形AA1D1D为矩形,且AD=2AA1矛盾,故直线B1D与平面ACD1不垂直.

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