题目内容

18.如图,已知平行六面体ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是菱形,且∠C1CB=∠C1CD=∠BCD=.

 

(Ⅰ)证明:C1C⊥BD;

(Ⅱ)假定CD=2,CC1=,记面C1BD为,面CBD为,求二面角-BD-的平面角的余弦值;

(Ⅲ)当的值为多少时,能使A1C⊥平面C1BD?请给出证明.

18.本小题主要考查直线与直线、直线与平面的关系,逻辑推理能力.

 

(Ⅰ)证明:连结A1C1、AC,AC和BD交于O,连结C1O.

∵四边形ABCD是菱形,∴AC⊥BD,BC=CD.

又∵∠BCC1=∠DCC1,C1C=C1C,

∴△C1BC≌△C1DC,

∴C1B=C1D,

∵DO=OB,

∴C1O⊥BD,                                                                 

但 AC⊥BD,AC∩C1O=O,

∴BD⊥平面AC1.

又 C1C平面AC1,

∴C1C⊥BD.                                                      

 

(Ⅱ)解:由(Ⅰ)知AC⊥BD,C1O⊥BD,∴∠C1OC是二面角α—BD—β的平面角.

在△C1BC中,BC=2,C1C=,∠BCC1=60°,

∴C1B2=22+-2×2××cos60°=.                   

 

∵∠OCB=30°,

∴OB=BC=1.

 

∴C1O2=C1B2-OB2=-1=,

 

∴C1O=即C1O=C1C.

 

作C1H⊥OC,垂足为H.

∴点H是OC的中点,且OH=,

 

所以 cos∠C1OC==.                              

 

(Ⅲ)当=1时,能使A1C⊥平面C1BD.

证明一:

∵=1,∴BC=CD=C1C,

又 ∠BCD=∠C1CB=∠C1CD,

由此可推得 BD=C1B=C1D.

∴三棱锥C—C1BD是正三棱锥.                                   

设 A1C与C1O相交于G.

∵A1C1∥AC,且A1C1︰OC=2︰1,

∴C1G︰GO=2︰1.

又 C1O是正三角形C1BD的BD边上的高和中线,

∴点G是正三角形C1BD的中心,

∴CG⊥平面C1BD.

即 A1C⊥平面C1BD.                                                  

证明二:

由(Ⅰ)知,BD⊥平面AC1,

∵A1C平面AC1,∴BD⊥A1C.                                   

当 =1时,平行六面体的六个面是全等的菱形,

同BD⊥A1C的证法可得BC1⊥A1C.

又 BD∩BC1=B,

∴A1C⊥平面C1BD.


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