题目内容

已知三棱柱ABC-A1B1C1中底面边长和侧棱长均为a,侧面A1ACC1⊥底面ABC,A1B=a.

  (1)求异面直线AC与BC1所成角的余弦值;

  (2)求证A1B⊥面AB1C.

答案:
解析:

如图甲所示,过点B作BO⊥AC,垂足为点O,则BO⊥侧面ACC1A1,连结A1O,在Rt△A1BO中,A1B=a,BO=a

  ∴ A1O=a,又AA1=a,AO=

  ∴ △A1AO为直角三角形,A1O⊥AC,A1O⊥底面ABC

  解法一:(1)∵ A1C1∥AC

  ∴ ∠BC1A1为异面直线AC与BC1所成的角

  ∵ A1O⊥面ABC,AC⊥BO

  ∴ AC⊥A1B

  ∴ A1C1⊥A1B

  在Rt△A1BC1中,A1B=a,A1C1=a

  ∴ BC1=a

  ∴ cos∠BC1A1=

  所以,异面直线AC与BC1所成角的余弦值为

  (2)设A1B与AB1相交于点D

  ∵ ABB1A1为菱形

  ∴ AB1⊥A1B

  又A1B⊥AC

  AB1与AC是平面AB1C内两条相交直线

  所以A1B⊥面AB1C

  解法二:(1)如图乙所示,建立坐标系,原点为BO⊥AC的垂足O.由题设条件可得

  B(a,0,0),C1(0,a,a)

  A(0,-a,0),C(0,a,0)

  ∴ =(-a,a,a), =(0,a,0)

  如图

  设与的夹角为q ,则

  cosq =

  所以,异面直线AC与BC1所成角的余弦值为

  (2)A1(0,0,a),B(a,0,0)

  ∴  =(a,0,-a), =(0,a,0),· =0

  ∴ A1B⊥AC

  又ABB1A1为菱形,∴ A1B⊥AB1

  又因为AB1与AC为平面AB1C内两条相交直线

  所以A1B⊥平面AB1C.


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