题目内容

如图,直三棱柱ABC-A1B1C1中AA1=2AC=2BC,D是AA1的中点,CD⊥B1D.
(1)证明:CD⊥B1C1;
(2)求二面角A-DB1-C的余弦值.
考点:二面角的平面角及求法
专题:空间位置关系与距离,空间角
分析:(1)由题意知直三棱柱ABC-A1B1C1的侧面为矩形,DC=DC1,CD⊥DC1,由此能证明CD⊥B1C1.
(2)以C为原点,CA为x轴,设AA1=2AC=2BC=2,建立空间直角坐标系,利用向量法能求出二面角A-DB1-C的余弦值.
解答: (1)证明:由题意知直三棱柱ABC-A1B1C1的侧面为矩形,
∵D是AA1的中点,∴DC=DC1,
又AA1=2A1C1,∴DC12+DC2=CC12,
∴CD⊥DC1,
而CD⊥B1D,B1D∩C1D=D,
∴CD⊥平面B1C1D,
∵B1C1?平面B1C1D,∴CD⊥B1C1.
(2)解:由(1)知B1C1⊥CD,且B1C1⊥C1C,
∴B1C1⊥平面ACC1A1,
∴CA,CB,CC1两两垂直,
以C为原点,CA为x轴,设AA1=2AC=2BC=2,
建立空间直角坐标系,
则A(1,0,0),B1(0,1,2),C(0,0,0),D(1,0,1),
∴
AD
=(0,0,1),
B1D
=(1,-1,-1),
DC
=(-1,0,-1),
设平面ADB1的法向量
n
=(x,y,z)
,
则
n
•
AD
=z=0
n
•
B1D
=x-y-z=0
,
取x=1,得
n
=(1,1,0)
,
设平面DB1C的法向量
m
=(a,b,c),
则
m
•
B1D
=a-b-c=0
m
•
DC
=-a-c=0
,
取a=1,得
m
=(1,2,-1)
,
cos<
n
,
m
>=
3
2
•
6
=
3
2
.
∴二面角A-DB1-C的余弦值为
3
2
.
点评:本题考查异面直线垂直的证明,考查二面角的余弦值的求法,解题时要认真审题,注意向量法的合理运用.
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