3.(2009全国卷Ⅱ文)(本小题满分12分)

如图,直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥AC,D、E分别为AA1、B1C的中点,DE⊥平面BCC1

(Ⅰ)证明:AB=AC  

(Ⅱ)设二面角A-BD-C为60°,求B1C与平面BCD所成的角的大小

解析:本题考查线面垂直证明线面夹角的求法,第一问可取BC中点F,通过证明AF⊥平面BCC1,再证AF为BC的垂直平分线,第二问先作出线面夹角,即证四边形AFED是正方形可证平面DEF⊥平面BDC,从而找到线面夹角求解。此题两问也可建立空间直角坐标系利用向量法求解。

解法一:(Ⅰ)取BC中点F,连接EF,则EF,从而EFDA。

连接AF,则ADEF为平行四边形,从而AF//DE。又DE⊥平面,故AF⊥平面,从而AF⊥BC,即AF为BC的垂直平分线,所以AB=AC。

(Ⅱ)作AG⊥BD,垂足为G,连接CG。由三垂线定理知CG⊥BD,故∠AGC为二面角A-BD-C的平面角。由题设知,∠AGC=600..

   设AC=2,则AG=。又AB=2,BC=,故AF=

得2AD=,解得AD=

故AD=AF。又AD⊥AF,所以四边形ADEF为正方形。

因为BC⊥AF,BC⊥AD,AF∩AD=A,故BC⊥平面DEF,因此平面BCD⊥平面DEF。

连接AE、DF,设AE∩DF=H,则EH⊥DF,EH⊥平面BCD。

连接CH,则∠ECH为与平面BCD所成的角。

因ADEF为正方形,AD=,故EH=1,又EC==2,

所以∠ECH=300,即与平面BCD所成的角为300.

解法二:

(Ⅰ)以A为坐标原点,射线AB为x轴的正半轴,建立如图所示的直角坐标系A-xyz。

设B(1,0,0),C(0,b,0),D(0,0,c),则(1,0,2c),E(,c).

于是=(,0),=(-1,b,0).由DE⊥平面知DE⊥BC, =0,求得b=1,所以   AB=AC。

(Ⅱ)设平面BCD的法向量

=(-1,1, 0),

=(-1,0,c),故  

令x=1, 则y=1, z=,=(1,1, ).

又平面的法向量=(0,1,0)

由二面角为60°知,=60°,

故  °,求得  

于是   , 

       °

所以与平面所成的角为30°

 0  54110  54118  54124  54128  54134  54136  54140  54146  54148  54154  54160  54164  54166  54170  54176  54178  54184  54188  54190  54194  54196  54200  54202  54204  54205  54206  54208  54209  54210  54212  54214  54218  54220  54224  54226  54230  54236  54238  54244  54248  54250  54254  54260  54266  54268  54274  54278  54280  54286  54290  54296  54304  447348 

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