题目内容

精英家教网三棱柱ABC-A′B′C′中,点D为BC的中点,点O在AD的延长线上,且AD=DO,C′O⊥平面ABOC,AB⊥AC,AB=AC=OC′=1.
(1)判断直线AA′与BC是否垂直,并说明理由;
(2)求BB′与平面BOC′所成的角;
(3)若
DE
=λ
DB
(0<λ<1),且二面角E-AC′-O
的大小为
π
6
,求λ
的值.
分析:(1)由题意可得:建立以直线OC、OB、OC'分别为x、y、z轴的空间直角坐标系,分别求出两条直线所在的向量,再求出两个向量的数量积进而可以判断两条直线设法垂直.
(2)求出平面的法向量以及直线BB′所在的向量,进而利用向量的有关运算求出线面角.
(3)设E(x,y,z),根据向量关系求出点E的坐标,再求出平面AEC'的法向量与平面AOC'的法向量,然后结合二面角E-AC'-O的大小为
π
6
,即可求出λ的值.
解答:解:(1)由题意可得:建立以直线OC、OB、OC'分别为x、y、z轴的空间直角坐标系,
则B(0,1,0),O(0,0,0),C'(0,0,1),C(1,0,0),
所以
AA′
=
CC′
=(-1,0,1)
,
BC
=(1,-1,0)
,精英家教网
所以
AA′
•
BC
=-1
≠0,
∴直线AA'与BC不垂直…(3分)
(2)设平面BOC'的一个法向量为
n
=(-1,0,0)
,
BB′
=
CC′
=(-1,0,1)
,
∴cos?
BB′
,
n
>=
1
2
=
2
2
,
∴?
BB′
,
n
>=
π
4

∴BB'与平面BOC'所成的角等于
π
4
…(6分)
(3)设E(x,y,z),因为D(
1
2
,
1
2
,0)
,并且
DE
=λ
DB
,
所以(x-
1
2
,y-
1
2
,z)=λ(-
1
2
,
1
2
,0)

∴x=
1
2
-
1
2
λ,y=
1
2
+
1
2
λ,z=0
,…(8分)
设平面AEC'的法向量为
m
=(x′,y′,z′)
,
所以
m
⊥
EA
,
因为
EA
=(
1
2
+
1
2
λ,
1
2
-
1
2
λ,0)
,
所以(
1
2
+
1
2
λ)x′+(
1
2
-
1
2
λ)y′=0
.
由
m
⊥
AC′
,并且
AC′
=(-1,-1,1)
,所以可得x′+y′-z′=0.
∴当x'=λ-1时,y'=1+λ,z'=2λ,
m
=(λ-1,1+λ,2λ)
,
因为平面AOC'的一个法向量为
BC
=(1,-1,0)
,二面角E-AC'-O的大小为
π
6

所以|cos?
BC
,
m
>|=
2
2
6λ2+2
=
3
2
,
可得λ2=
1
9
,
因为0<λ<1,
所以λ=
1
3
…(12分)
点评:本题主要考查线线垂直、线面角与面面角,解决此类问题的关键是熟练掌握几何体的结构特征,进而建立空间直角坐标系利用空间向量的有关知识解决问题,这对同学们的运算能力有较高的要求.
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