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如图,正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=4,点E在CC1上且...

如图,正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=4,点E在CC1上且C1E=3EC.
(Ⅰ)证明:A1C⊥平面BED;
(Ⅱ)求二面角A1-DE-B的大小.

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法一:(Ⅰ)要证A1C⊥平面BED,只需证明A1C与平面BED内两条相交直线BD,EF都垂直; (Ⅱ)作GH⊥DE,垂足为H,连接A1H,说明∠A1HG是二面角A1-DE-B的平面角,然后解三角形,求二面角A1-DE-B的大小. 法二:建立空间直角坐标系,(Ⅰ)求出,证明A1C⊥平面DBE. (Ⅱ)求出 平面DA1E和平面DEB的法向量,求二者的数量积可求二面角A1-DE-B的大小. 【解析】 解法一: 依题设知AB=2,CE=1. (Ⅰ)连接AC交BD于点F,则BD⊥AC. 由三垂线定理知,BD⊥A1C.(3分) 在平面A1CA内,连接EF交A1C于点G, 由于, 故Rt△A1AC∽Rt△FCE,∠AA1C=∠CFE,∠CFE与∠FCA1互余. 于是A1C⊥EF.A1C与平面BED内两条相交直线BD,EF都垂直, 所以A1C⊥平面BED.(6分) (Ⅱ)作GH⊥DE,垂足为H,连接A1H.由三垂线定理知A1H⊥DE, 故∠A1HG是二面角A1-DE-B的平面角.(8分) ,,.,. 又,.. 所以二面角A1-DE-B的大小为.((12分)) 解法二: 以D为坐标原点,射线DA为x轴的正半轴, 建立如图所示直角坐标系D-xyz. 依题设,B(2,2,0),C(0,2,0),E(0,2,1),A1(2,0,4). ,.(3分) (Ⅰ)因为,, 故A1C⊥BD,A1C⊥DE. 又DB∩DE=D, 所以A1C⊥平面DBE.(6分) (Ⅱ)设向量=(x,y,z)是平面DA1E的法向量,则,. 故2y+z=0,2x+4z=0. 令y=1,则z=-2,x=4,=(4,1,-2).(9分)等于二面角A1-DE-B的平面角, 所以二面角A1-DE-B的大小为.(12分)
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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