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如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AC=5,D,E分别为BC,BB1...

如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AC=5,D,E分别为BC,BB1的中点,四边形B1BCC1是边长为6的正方形.
(Ⅰ)求证:A1B∥平面AC1D;
(Ⅱ)求证:CE⊥平面AC1D;
(Ⅲ)求二面角C-AC1-D的余弦值.

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(1)连接A1C,与AC1交于O点,连接OD,由三角形中位线定理可得OD∥A1B,进而由线面平行的判定定理得到A1B∥平面AC1D; (Ⅱ)由直棱柱的特征可得BB1⊥AD,由三角形三线合一可得AD⊥BC,结合线面垂直的判定定理可得AD⊥平面B1BCC1.进而AD⊥CE,由侧面B1BCC1为正方形,D,E分别为BC,BB1的中点,利用三角形全等可证得C1D⊥CE,最后再由线面垂直的判定定理证得CE⊥平面AC1D; (Ⅲ)以B1C1的中点G为原点,建立如图空间直角坐标系,分别求出平面AC1D的一个法向量和平面ACC1的一个法向量,代入向量夹角公式,可得答案. 证明:(Ⅰ)连接A1C,与AC1交于O点,连接OD. 因为O,D分别为AC1和BC的中点, 所以OD∥A1B. 又OD⊂平面AC1D,A1B⊄平面AC1D, 所以A1B∥平面AC1D.(4分) 证明:(Ⅱ)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,BB1⊥平面ABC,又AD⊂平面ABC, 所以BB1⊥AD. 因为AB=AC,D为BC中点, 所以AD⊥BC.又BC∩BB1=B, 所以AD⊥平面B1BCC1. 又CE⊂平面B1BCC1, 所以AD⊥CE. 因为四边形B1BCC1为正方形,D,E分别为BC,BB1的中点, 所以Rt△CBE≌Rt△C1CD,∠CC1D=∠BCE. 所以∠BCE+∠C1DC=90°. 所以C1D⊥CE. 又AD∩C1D=D, 所以CE⊥平面AC1D.                (9分) 【解析】 (Ⅲ)如图,以B1C1的中点G为原点,建立空间直角坐标系. 则A(0,6,4),E(3,3,0),C(-3,6,0),C1(-3,0,0). 由(Ⅱ)知CE⊥平面AC1D,所以为平面AC1D的一个法向量. 设n=(x,y,z)为平面ACC1的一个法向量,,. 由可得 令x=1,则. 所以. 从而. 因为二面角C-AC1-D为锐角, 所以二面角C-AC1-D的余弦值为.(14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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