题目内容

如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,平面ABC⊥侧面A1ABB1.

(Ⅰ)求证:AB⊥BC;

(Ⅱ)若直线AC与平面A1BC所成的角为θ,二面角A1-BC-A的大小为φ,试判断θ与φ的大小关系,并予以证明.

(Ⅰ)证明:如下图,过点A在平面A1ABB1内作AD⊥A1B于D,则由平面A1BC⊥侧面A1ABB1,且平面A1BC侧面A1ABB1=A1B,得AD⊥平面A1BC,又BC平面A1BC,

                                                                                       

所以AD⊥BC.

因为三棱柱ABC―A1B1C1是直三棱柱,

则AA1⊥底面ABC,

所以AA1⊥BC.

又AA1AD=A,从而BC⊥侧面A1ABB1,

又AB侧面A1ABB1,故AB⊥BC.

(Ⅱ)解法1:连接CD,则由(Ⅰ)知是直线AC与平面A1BC所成的角,

是二面角A1―BC―A的平面角,即

于是在Rt△ADC中,在Rt△ADB中,

由AB<AC,得又所以

解法2:由(Ⅰ)知,以点B为坐标原点,以BC、BA、BB1所在的直线分别为x轴、y轴、z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,

设AA1=a,AC=b,AB=c,则 B(0,0,0), A(0,c,0),

于是

设平面A1BC的一个法向量为n=(x,y,z),则

由得

可取n=(0,-a,c),于是,与n的夹角为锐角,则与互为余角.

所以

于是由c<b,得

即又所以

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