题目内容
(本小题满分12分)
如图,直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD是边长为a的
菱形,且
,侧棱AA1长等于3a,O为底面ABCD对
角线的交点.
(1)求证:OA1∥平面B1CD1;
(2)求异面直线AC与A1B所成的角;
(3)在棱
上取一点F,问AF为何值时,C1F⊥平面BDF?
(2)![]()
解析:
(方法一)(1) 连A1C1,设其与B1D1交于点O1. ∵A1O1
OC, ∴四边形A1O1OC为平行四边形, ∴OA1//O1C,
平面B1CD1,
平面B1CD1, ∴OA1∥平面B1CD1.
(2) ∵A1C1//AC,∴
就是异面直线AC与A1B所成的角或其补角.
由题意得
根据余弦定理得
故异面直线AC与A1B所成的角为
(3) ∵ABCD是菱形,∴
又
∴
平面
.
∵
平面
,∴
故C1F⊥平面BOF
∴
.
设
,则
∴
即![]()
解得
故当AF
时,C1F⊥平面BOF.
(方法二) 以O为原点,OC、OD所在直线分别为
x轴、y轴,则O(0, 0, 0),
,
,
,
,
.
(1) ![]()
![]()
∴
平面
,
平面
,
∴OA1∥平面B1CD1.
(2)
,
,
于是![]()
故异面直线AC与A1B所成的角为
(3) 设
为
上任意一点,则
.
∵
,于是C1F⊥平面BOF![]()
![]()
解得
. 即
时,C1F⊥平面BOF.
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