题目内容

如图,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1.
(1)求A1C与DB所成角的大小;
(2)求二面角D-A1B-C的余弦值;
(3)若点E在A1B上,且EB=1,求EC与平面ABCD所成角的大小.
分析:(1)建立空间直角坐标系,求出
DB
=(-1,1,0)
,
CA1
=(1,1,1)
,利用向量的夹角公式,可求A1C与DB所成角的大小;
(2)求出平面A1BD的法向量、平面A1BC的一个法向量,利用向量的夹角公式,可求二面角D-A1B-C的余弦值;
(3)求出平面ABCD的一个法向量,
CE
=(
2
2
,1,
2
2
)
,利用向量的夹角公式,可求EC与平面ABCD所成角的大小.
解答:解:(1)如图建立空间直角坐标系C-xyz,
则C(0,0,0),D(1,0,0),B(0,1,0),A1(1,1,1).
∴
DB
=(-1,1,0)
,
CA1
=(1,1,1)
.
∴cos<
DB
,
CA1
>=
DB
•
CA1
|
DB
|•|
CA1
|
=
0
2
•
3
=0
.
∴A1C与DB所成角的大小为90°.
(2)设平面A1BD的法向量
n1
=(x,y,z),
则
n1
⊥
DB
,
n1
⊥
A1B
,
可得
-x+y=0
x+z=0
,∴
n1
=(1,1,-1).
同理可求得平面A1BC的一个法向量
n2
=(1,0,-1),
∴cos<
n1
,
n2
>=
n1
•
n2
|
n1
|•|
n2
|
=
2
6
=
6
3
,
∴二面角D-A1B-C的余弦值为
6
3
.
(3)设
n
=(0,0,1)是平面ABCD的一个法向量,且
CE
=(
2
2
,1,
2
2
)
,
∴cos<
n
,
CE
>
=
n
•
CE
|
n
|•|
CE
|
=
1
2
,
∴<
n
,
CE
>
=60°,
∴EC与平面ABCD所成的角是30°.
点评:本题考查空间角,考查向量知识的运用,正确求出向量的坐标,求出平面的法向量是关键.
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