题目内容

如图,在直三棱柱ABC­A1B1C1中,ABBC=2AA1,∠ABC=90°,DBC的中点.

(1)求证:A1B∥平面ADC1

(2)求二面角C1­AD­C的余弦值;

(3)试问线段A1B1上是否存在一点E,使AEDC1成60°角?若存在,确定E点位置;若不存在,说明理由.

解:(1)连接A1C,交AC1于点O,连接OD.

ABC­A1B1C1是直三棱柱,得四边形ACC1A1为矩形,OA1C的中点.

DBC的中点,所以OD为△A1BC的中位线,

所以A1BOD

因为OD⊂平面ADC1A1B⊄平面ADC1

所以A1B∥平面ADC1.

(2)由ABC­A1B1C1是直三棱柱,且∠ABC=90°,得BABCBB1两两垂直.以B为坐标原点,以BCBABB1所在直线分别为xyz轴,建立如图所示的空间直角坐标系B­xyz.

BA=2,则B(0,0,0),C(2,0,0),A(0,2,0),C1(2,0,1),D(1,0,0),

所以=(1,-2,0),=(2,-2,1)

设平面ADC1的法向量为n=(xyz),

则有

所以y=1,得n=(2,1,-2).

易知平面ADC的一个法向量为v=(0,0,1).

所以cos 〈nv〉==-.

因为二面角C1­AD­C是锐二面角,

所以二面角C1­AD­C的余弦值为.

(3)假设存在满足条件的点E.

因为点E在线段A1B1上,A1(0,2,1),B1(0,0,1),故可设E(0,λ,1),其中0≤λ≤2.

所以=(0,λ-2,1),=(1,0,1).

因为AEDC1成60°角,所以

|cos 〈〉|=|.

即||=,解得λ=1或λ=3(舍去).

所以当点E为线段A1B1的中点时,AEDC1成60°角.

                            

可得,   所以                      

从而有,,                   

,得     

此时.                  

当且仅当,时,成等比数列  

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