Question

在等腰梯形ABCD中，AD∥BC，AD=BC，∠ABC=60°，N是BC的中点．将梯形ABCD绕AB旋转90°，得到梯形ABC′D′（如图）．
（Ⅰ）求证：AC⊥平面ABC′；
（Ⅱ）求证：C′N∥平面ADD′；
（Ⅲ）求二面角A-C′N-C的余弦值．

Answer 1

（Ⅰ）证明：∵，N是BC的中点，
∴AD=NC，又AD∥BC，
∴四边形ANCD是平行四边形，∴AN=DC．
又∵等腰梯形，∴AN=AB．
又∠ABC=60°，
∴△ABN是等边三角形．
∴，
∴△ABC是直角三角形，且∠BAC=90°．
∴AC⊥AB．
∵平面CBA⊥平面ABC，
∴AC⊥平面ABC^′．
（Ⅱ）证明：∵AD∥BC，AD^′∥BC^′，
AD^′∩AD=A，BC∩BC^′=B，
∴平面ADD^′∥平面BCC^′，
∴C^′N∥平面ADD^′．
（Ⅲ）∵AC⊥平面ABC^′，
同理AC^′⊥平面ABC，建立如图如示坐标系
设AB=1，
则B（1，0，0），C，，，
则，．
设平面C^′NC的法向量为，
则，即，
令z=1，则x=，y=1，得．
∵AC^′⊥平面ABC，∴平面C^′AN⊥平面ABC．
又BD⊥AN，平面C^′AN∩平面ABC=AN，
∴BD⊥平面C^′AN，
设BD与AN交于点O，O则为AN的中点，O．
所以平面C^′AN的法向量．
∴=．
由图形可知二面角A-C^′N-C为钝角．
所以二面角A-C^′N-C的余弦值为．
分析：（Ⅰ）由梯形的性质和N是BC的中点可得四边形ANCD是平行四边形，得到AN=DC；利用等腰梯形可得AN=AB，又∠ABC=60°，得到△ABN是等边三角形，于是AN=BN=NC，由出可得△ABC是直角三角形，即AC⊥AB，再利用面面垂直的性质即可得到结论；
（Ⅱ）由已知可得：AD∥BC，AD^′∥BC^′，利用面面平行的判定定理即可得出；
（Ⅲ）如图所示的空间直角坐标系，求出两个平面的法向量，利用法向量的夹角即可得到二面角的一余弦值．
点评：熟练掌握等腰梯形的性质、平行四边形的判定与性质、等边三角形及直角三角形的判定与性质、面面垂直与平行的判定及性质、通过建立空间直角坐标系利用法向量的夹角求空间角是解题的关键．