如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,点D是棱B1C1的中点,(1)求证:A1D⊥平面BB1C1C;(2)求证:AB1∥平面A1DC;(3)

题目简介

如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,点D是棱B1C1的中点,(1)求证:A1D⊥平面BB1C1C;(2)求证:AB1∥平面A1DC;(3)

题目详情

如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,点D是棱B1C1的中点,
(1)求证:A1D⊥平面BB1C1C;
(2)求证:AB1∥平面A1DC;
(3)求二面角D-A1C-A的余弦值。
题型:解答题难度:中档来源:北京期末题

答案

解:(1)因为侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,
所以AA1⊥AC,AA1⊥AB,
所以AA1⊥平面ABC,
所以三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱,
又因为A1D平面A1B1C1,
所以CC1⊥A1D,
又易知A1B1=A1C1,D为B1C1的中点,
所以A1D⊥B1C1,
因为CC1∩B1C1=C1,
所以A1D⊥平面BB1C1C.
(2)连接AC1,交A1C于点O,连接OD,如图,
因为四边形ACC1A1为正方形,所以O为AC1的中点,
又D为B1C1的中点,
所以OD为△AB1C1的中位线,
所以AB1∥OD,
因为OD平面A1DC,AB1平面A1DC,
所以AB1∥平面A1DC。
(3)因为侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,
所以AB,AC,AA1两两互相垂直,建立如图所示的空间直角坐标系A-xyz,
设AB=1,则C(0,1,0),B(1,0,0),A1(0,0,1),

设平面A1DC的一个法向量为n=(x,y,z),
,即
取x=1,得n=(1,-1,-1),
又因为AB⊥平面ACC1A1,
所以平面ACC1A1的一个法向量为

因为二面角D-A1C-A是钝二面角,
所以,二面角D-A1C-A的余弦值为

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