(2013•天津模拟)如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是平行四边形,且AB=1,BC=2,∠ABC=

(2013•天津模拟)如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是平行四边形,且AB=1,BC=2,∠ABC=60°,E为BC的中点,AA1⊥平面ABCD.
(Ⅰ)证明:平面A1AE⊥平面A1DE;
(Ⅱ)若DE=A1E,试求异面直线AE与A1D所成角的余弦值;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,试求二面角C-A1D-E的余弦值.
wukaiwukai 1年前 已收到1个回答 举报

季风行千里 幼苗

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解题思路:(1)根据题意,得△ABE是正三角形,∠AEB=60°,等腰△CDE中∠CED=[1/2](180°-∠ECD)=30°,所以∠AED=90°,得到DE⊥AE,结合DE⊥AA1,得DE⊥平面A1AE,从而得到平面A1AE⊥平面平面A1DE.
(2)取BB1的中点F,连接EF、AF,连接B1C.证出EF∥A1D,可得∠AEF(或其补角)是异面直线AE与A1D所成的角.利用勾股定理和三角形中位线定理,算出△AEF各边的长,再用余弦定理可算出异面直线AE与A1D所成角的余弦值.
(3)建立的空间直角坐标系中,求得平面A1DE的一个法向量,平面CA1D的法向量,利用向量数量积求解夹角余弦值,则易得二面角C-A1D-E的余弦值.

(1)依题意,BE=EC=[1/2]BC=AB=CD,
∴△ABE是正三角形,∠AEB=60°,
又∵△CDE中,∠CED=∠CDE=[1/2](180°-∠ECD)=30°
∴∠AED=180°-∠CED-∠AEB=90°,即DE⊥AE,
∵AA1⊥平面ABCD,DE⊆平面ABCD,∴DE⊥AA1
∵AA1∩AE=A,∴DE⊥平面A1AE,
∵DE⊆平面A1DE,∴平面A1AE⊥平面A1DE.
(2)取BB1的中点F,连接EF、AF,连接B1C,
∵△BB1C中,EF是中位线,∴EF∥B1C
∵A1B1∥AB∥CD,A1B1=AB=CD,
∴四边形ABCD是平行四边形,可得B1C∥A1D
∴EF∥A1D,
可得∠AEF(或其补角)是异面直线AE与A1D所成的角.
∵△CDE中,DE=
3CD=
3=A1E=
A1A2+AE2,AE=AB=1
∴A1A=
2,由此可得BF=

2
2,AF=EF=

1
2+1=

点评:
本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;异面直线及其所成的角;二面角的平面角及求法.

考点点评: 本题在直平行六面体中,求证面面垂直并求异面直线所成角余弦,着重考查了线面垂直、面面垂直的判定与性质和异面直线所成角的求法等知识,属于中档题.

1年前

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