题目内容
18.在棱长为4的正方体ABCD—A1B1C1D1中,O是正方形A1B1C1D1的中心,点P在棱CC1上,且CC1=4CP.![]()
(Ⅰ)求直线AP与平面BCC1B1所成的角的大小(结果用反三角函数值表示);
(Ⅱ)设O点在平面D1AP上的射影是H,求证:D1H⊥AP;
(Ⅲ)求点P到平面ABD1的距离.
18.本小题主要考查线面关系和正方体性质等基本知识,考查空间想象
能力和推理论证能力.
解法一:(Ⅰ)连结BP,
∵AB⊥平面BCC1B1,
∴∠APB是AP与面BB1C1C所成的角.
∵CC1=4,CC1=4PC,∴PC=1,
在Rt△CBP中,∠PCB为直角,BC=4,PC=1,故PB=
.
在Rt△ABP中, ∠ABP为直角,tanAPB=
=
=
.
∴∠APB=arctan
.
即直线AP与平面BCC1B1所成的角为arctan
.
![]()
解法二:∵AB⊥平面BCC1B1,
∴AP与平面BCC1B1所成的角就是∠APB.
如图建立空间直角坐标系,坐标原点为D.
∵CC1=4CP,CC1=4,∴CP=1,A(4,0,0),P(0,4,1),B(4,4,0).
∴
=(4,-4,-1),
=(4,0,-1).
∵
·
=16+0+1=17.
∴cosAPB=
=
=
.
∴直线AP与平面BCC1B1所成的角为arccos
.
(Ⅱ)解法一:连结A1C1、B1D1.
∵四边形A1B1C1D1是正方形,∴D1O⊥A1C1.
又∵AA1⊥底面A1B1C1D1,∴AA1⊥D1O.
∵AA1∩A1C1=A1,∴D1O⊥平面A1APC1.
由于AP
平面A1APC1,∴D1O⊥AP.
∵平面D1AP的斜线D1O在这个平面内的射影是D1H,
∴D1H⊥AP.
解法二:连结D1O,由(Ⅰ)有D1(0,0,4),O(2,2,4),∴
=(2,2,0).
·
=8-8+0=0.∴
⊥
.
∵平面D1AP的斜线D1O在这个平面内的射影是D1H,∴D1H⊥AP.
(Ⅲ)解法一:连结BC1,在平面BCC1B1中,过点P作PQ⊥BC1于点Q.
∵AB⊥平面BCC1B1,PQ
平面BCC1B1,∴PQ⊥AB.
∴PQ⊥平面ABC1D1.
∴PQ就是点P到平面ABD1的距离.
在Rt△C1PQ中,∠C1QP=90°,∠PC1Q=45°,PC1=3,
∴PQ=
,即点P到平面ABD1的距离为
.
解法二:同解法一.