题目内容

【题目】(本小题共l2分)

如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,AB=AC=AA1=1,延长A1C1至点P,使C1P=A1C1,连接AP交棱CC1于D.

(Ⅰ)求证:PB1∥平面BDA1;

(Ⅱ)求二面角A-A1D-B的平面角的余弦值;

【答案】本小题主要考查直三棱柱的性质、线面关系、二面角等基本知识,并考查空间想象能力和逻辑推理能力,考查应用向量知识解决问题的能力.

解法一:

(Ⅰ)连结AB1与BA1交于点O,连结OD,

∵C1D∥平面AA1,A1C1∥AP,∴AD=PD,又AO=B1O,

∴OD∥PB1,又OD面BDA1,PB1面BDA1,

∴PB1∥平面BDA1.

(Ⅱ)过A作AE⊥DA1于点E,连结BE.∵BA⊥CA,BA⊥AA1,且AA1∩AC=A,

∴BA⊥平面AA1C1C.由三垂线定理可知BE⊥DA1.

∴∠BEA为二面角A-A1D-B的平面角.

在Rt△A1C1D中,,

又,∴.

在Rt△BAE中,,∴.

故二面角A-A1D-B的平面角的余弦值为.

解法二:

如图,以A1为原点,A1B1,A1C1,A1A所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系A1-B1C1A,则,,,,.

(Ⅰ)在△PAA1中有,即.

∴,,.

设平面BA1D的一个法向量为,

则令,则.

∵,

∴PB1∥平面BA1D,

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,平面BA1D的一个法向量.

又为平面AA1D的一个法向量.∴.

故二面角A-A1D-B的平面角的余弦值为.

【解析】略

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