题目内容

如图ABC-A1B1C1,已知平面平行于三棱锥V-A1B1C1的底面ABC,等边∆ AB1C所在的平面与底面ABC垂直,且∠ABC=90°,设AC=2a,BC=a.

(1)求证直线B1C1是异面直线与A1C1的公垂线;

(2)求点A到平面VBC的距离;

(3)求二面角A-VB-C的大小.

解法1:

(Ⅰ)证明:∵平面∥平面,

∴

∴

又∵平面⊥平面,平面∩平面,

∴⊥平面,

∴

∴,

又.

∴为与的公垂线.

(Ⅱ)解法1:过A作于D,

         ∵△为正三角形,

∴D为的中点.

∵BC⊥平面

∴,

又,

∴AD⊥平面,

∴线段AD的长即为点A到平面的距离.

在正△中,.

∴点A到平面的距离为.

解法2:取AC中点O连结,则⊥平面,且=.

由(Ⅰ)知,设A到平面的距离为x,

∴,

即,解得.

即A到平面的距离为.

则

所以,到平面的距离为.

(III)过点作于,连,由三重线定理知

∴∠是二面角的平面角。

在中,

∴

∴。

∴。

所以,二面角的大小为.

解法二:

取中点连,易知底面,过作直线交于。

取为空间直角坐标系的原点,所在直线分别为轴,轴,轴建立如图所示的空间直角坐标系。则。

(I),

∴,

∴。

∴

    又∵

由已知。

,

而∴。

又与显然相交,

∴是的公垂线。

(II)设平面的一个法向量,

  又

  由

取 得

点到平面的距离,即在平面的法向量上的投影的绝对值。

,设所求距离为。

       则

             

             

              所以,A到平面VBC的距离为.

(III)设平面的一个法向量                     

由                                                        

取       

∴

二面角为锐角,

所以,二面角的大小为

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