题目内容
如图,已知直四棱柱ABCD—A1B=90°,AB∥DC,AB=2,AD=DC=1,AA1=2,E为BC1的中点.
(1)求证:AB1⊥BC1;
(2)若F是棱DD1上的一点,当
的值为多少时,能使二面角F-AC-E为直二面角?请给出证明.
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解法一:(1)证明:建立如图所示的空间直角坐标系A—xyz,则依题设知
A(0,0,0),B(0,2,0),B1(0,2,
),C1(1,1,
),
∴
=(0,2,
),
=(1,-1,
). ?
∴
·
=(0,2,
)·(1,-1,
)?
=0×1+2×(-1)+
×
=0. ?
故AB1⊥BC1. ?
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(2)设F(1,0,A),∵C(1,1,0),E(
,
,
),?
∴
=(1,1,0),
=(1,-1,0).?
=(
,
,
)-(1,1,0)=(-
,
,
),?
=(1,1,0)-(1,0,A)=(0,1,-A),?
·
=(1,1,0)·(1,-1,0)=0,
·
=(1,1,0)·(-
,
,
)=0,?
∴AC⊥BC,AC⊥CE. ?
若使二面角F-AC-E为直二面角,只需EC⊥FC即可,这样面FAC⊥面ACE.?
∵
·
=(0,1,-A)·(-
,
,
)=
-
A,?
当
·
=0时,得A=
,即F(1,0,
), ?
故当
=1时,二面角F-AC-E为直二面角. ?
解法二:(1)证明:∵AB=2,AC=
=
,∠CAB=45°, ?
易知∠ABC=45°,∴∠ACB=90°,故AC⊥面CBB
又∵AA1=
,BC=ABsin45°=
,?
故四边形CBB
由三垂线定理可得,AB1⊥BC1. ?
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(2)∵AC⊥面CBB
∴B
?
连结A1B,A
=1时,二面角F-AC-E为直二面角.