12.(2009·湖南,18)如图,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AA1,点D是A1B1的中点,点E在A1C1上,且DE⊥AE.

(1)证明:平面ADE⊥平面ACC1A1;

(2)求直线AD和平面ABC1所成角的正弦值.

(1)[证明] 如图所示,由正三棱柱ABC-A1B1C1的性质知AA1⊥平面A1B1C1.又DE⊂平面A1B1C1,所以DE⊥AA1.而DE⊥AE,AA1∩AE=A.

所以DE⊥平面ACC1A1,又DE⊂平面ADE,

故平面ADE⊥平面ACC1A1,

(2)[解] 解法一:如图所示,设F是AB的中点,连接DF,DC1,C1F,由正三棱柱ABC-A1B1C1的性质及D是A1B1的中点知,A1B1⊥C1D,A1B1⊥DF,

又C1D∩DF=D,所以A1B1⊥平面C1DF,而AB∥A1B1,所以AB⊥平面C1DF,又AB⊂平面ABC1,故平面ABC1⊥平面C1DF.

过点D作DH垂直C1F于H点,则DH⊥平面ABC1,连接AH,则∠HAD是直线AD和平面ABC1所成的角.由已知AB=AA1,

不妨设AA1=,则AB=2,DF=,DC1=,

C1F=,AD==,

DH===.

所以sin∠HAD==.

即直线AD和平面ABC1所成角的正弦值为.

解法二:如图所示,设O是AC的中点,以O为原点建立空间直角坐标系,不妨设AA1=,则AB=2,相关各点的坐标分别是

A(0,-1,0),B(,0,0),C1(0,1,),D(,-,)

易知=(,1,0),=(0,2,),=(,,).

设平面ABC1的一个法向量为n=(x,y,z),则有

解得x=-y,z=-y.

故可取n=(1,-,).

所以cos〈n·〉===.

由此即知直线AD和平面ABC1所在的角的正弦值为.

亲爱的同学请写上你的学习心得

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11.(2007·山东)如图所示,在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,已知DC=DD1=2AD=2AB,AD⊥DC,AB∥DC.

(1)设E是DC的中点,求证:D1E∥平面A1BD;

(2)求二面角A1-BD-C1的余弦值.

方法一:(1)[证明] 如图连接BE,则四边形DABE为正方形,

∴BE=AD=A1D1,且BE∥AD∥A1D1,

∴四边形A1D1EB为平行四边形.

∴D1E∥A1B.

又D1E⊄平面A1BD,A1B⊂平面A1BD,

∴D1E∥平面A1BD.

(2)[解] 以D为原点,DA、DC、DD1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立如图所示的空间直角坐标系,不妨设DA=1,则D(0,0,0),A(1,0,0),B(1,1,0),C1(0,2,2),A1(1,0,2),

∴=(1,0,2),=(1,1,0).

设n=(x,y,z)为平面A1BD的一个法向量,由n⊥,n⊥,

得

取z=1,则n=(-2,2,1).

又=(0,2,2),=(1,1,0).

设m=(x1,y1,z1)为平面C1BD的一个法向量,

由m⊥,m⊥,

得

取z1=1,则m=(1,-1,1).

设m与n的夹角为α,二面角A1-BD-C1为π-α,

cosα===-

∴cos(π-α)=-cos α=,

即所求二面角A1-BD-C1的余弦值为.

方法二:(1)[证明] 以D为原点,DA、DC、DD1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立如图所示的空间直角坐标系,

设DA=a,由题意知

D(0,0,0),A(a,0,0),B(a,a,0),C(0,2a,0),C1(0,2a,2a),A1(a,0,2a),D1(0,0,2a),E(0,a,0)

∴=(0,a,-2a),=(0,a,-2a),

又∵=,

∴D1E∥A1B.

∵A1B⊂平面A1BD,D1E⊄平面A1BD,

∴D1E∥平面A1BD.

(2)[解] 取DB的中点F,DC1的中点M,连接A1F、FM,由(1)及题意得知:

F,M(0,a,a),

∴=,=,

=(a,a,0).

·=(,-,2a)·(a,a,0)=0

·=·(a,a,0)=0.

∴FA1⊥DB,FM⊥DB.

∴∠A1FM为所求二面角的平面角.

cos∠A1FM=

=

==.

∴二面角A1-BD-C1的余弦值为.

 0  287547  287555  287561  287565  287571  287573  287577  287583  287585  287591  287597  287601  287603  287607  287613  287615  287621  287625  287627  287631  287633  287637  287639  287641  287642  287643  287645  287646  287647  287649  287651  287655  287657  287661  287663  287667  287673  287675  287681  287685  287687  287691  287697  287703  287705  287711  287715  287717  287723  287727  287733  287741  447090 

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