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如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC=3,BC=4,AB=5,AA1=4...

如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC=3,BC=4,AB=5,AA1=4,点D是AB的中点,
(1)求证:AC⊥BC1
(2)求证:AC1∥平面CDB1
(3)求二面角C1-AB-C的余弦值.

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解法一: (1)要证AC⊥BC1,可通过证出AC⊥平面BCC1实现.由已知,易证AC⊥BC,AC⊥C1C,所以AC⊥平面BCC1成立.  (2)令BC1交CB1于点O,连接OD,可知O、D是△AC1B的中位线,得出OD,利用线面平行的判定定理证出AC1∥平面CDB1; (3)过C点作CE⊥AB于E,连接C1E,可以证出∠CEC1(或其补角)即是C1-AB-C的平面角,在△CEC1中求解即可.  解法二:在直三棱柱ABC-A1B1C1中,以C为原点建立空间直角坐标系;利用向量的工具求解. (1)通过=0,证明AC⊥BC1;  (2)求出平面CDB1的一个法向量,,通过⊥来证明AC1∥平面CDB1;  (3)分别求出平面ABC,平面CDB1的一个法向量,利用两法向量的夹角求出二面角C1-AB-C的余弦值. 解法一:(1)证明∵AC=3,BC=4,AB=5,∴∠ACB=90°,即AC⊥BC, 在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC⊥C1C, 又BC∩C1C=C,∴AC⊥平面BCC1, 又BC1⊂平面BCC1,∴AC⊥BC1. (2)证明:如图,令BC1交CB1于点O,连接OD, ∵O、D分别是BC1和AB的中点, ∴OD,又OD⊂平面CDB1,AC1⊄平面CDB1,∴AC1∥平面CDB1 (3)【解析】 过C点作CE⊥AB于E,连接C1E, ∵CC1⊥AB,CE⊥AB,∴∠CEC1(或其补角)即是C1-AB-C的平面角, 在Rt△ABC中,∵AC=3,BC=4,AB=5,由AB•CE=AC•BC得CE=, ∵CC1⊥平面ABC,∴CC1⊥CE,∴△CEC1是Rt△, 又∵CC1=AA1=4,CE=,∴C1E=, ∴cos∠CEC1=,即二面角C1-AB-C的余弦值为. 解法二:∵AC=3,BC=4,AB=5,∴∠ACB=90°,即AC⊥BC, 在直三棱柱ABC-A1B1C1中,以C为原点建立如图所示空间直角坐标系; (1)由题意有A(3,0,0),C(0,0,0),B(0,4,0),C1(0,0,4), ∴=(0,-4,4),∴=(-3,0,0)•(0,-4,4)=0, ∴⊥,即AC⊥BC1. (2)∵D((0,4,4), ∴=(0,4,4), 令平面CDB1的一个法向量为 ∴, ∴=-3×4+0+1×4=0,∴⊥, 又AC⊄平面CDB1,∴AC1∥平面CDB1. (3)令平面ABC1的一个法向量为, ∵=(-3,0,4), ∴由, ∴,1,1), 易知平面ABC的一个法向量为=(0,0,4), ∵, ∴, 所以二面角C1-AB-C的余弦值即为.
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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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