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在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=2,E为AD中点,F为C...

在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=2,E为AD中点,F为CC1中点.
(Ⅰ)求证:AD⊥D1F;
(Ⅱ)求证:CE∥平面AD1F;
(Ⅲ) 求平面AD1F与底面ABCD所成二面角的余弦值.

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(Ⅰ)先证明AD⊥CD,AD⊥DD1,可得AD⊥平面CDD1C1,从而可得AD⊥D1F; (Ⅱ)连接A1D,交AD1于点M,连接ME,MF,则M为AD1中点,利用三角形中位线性质,可得线线平行,可得四边形CEMF是平行四边形,从而可得CE∥MF,利用线面平行的判定,可得CE∥平面AD1F; (Ⅲ)建立空间直角坐标系,确定平面ABCD的法向量为,平面AD1F的法向量=(2,1,1),利用向量的夹角公式,即可求得平面AD1F与底面ABCD所成二面角的余弦值. (Ⅰ)证明:在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中 ∵四边形ABCD是正方形,∴AD⊥CD ∵DD1⊥平面ABCD,AD⊂平面ABCD ∴AD⊥DD1 ∵DD1∩CD=D,∴AD⊥平面CDD1C1 ∵D1F⊂平面CDD1C1,∴AD⊥D1F…(4分) (Ⅱ)证明:在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,连接A1D,交AD1于点M,连接ME,MF,则M为AD1中点. ∵E为AD中点,F为CC1中点. ∴…(6分) 又∵ ∴四边形CEMF是平行四边形,∴CE∥MF…(8分) ∵CE⊄平面AD1F,MF⊂平面AD1F,∴CE∥平面AD1F.…(9分) (Ⅲ)【解析】 以D为坐标原点,分别以DA,DC,DD1为x,y,z轴建立空间直角坐标系如图. 则D(0,0,0),A(1,0,0),B(1,1,0),C(0,1,0),D1(0,0,2),F(0,1,1)…(10分) ∴平面ABCD的法向量为…(11分) 设平面AD1F的法向量为=(x,y,z). ∵,则有 ∴ 取z=1,得=(2,1,1). ∴.…(13分) ∵平面AD1F与平面所成二面角为锐角. ∴平面AD1F与底面ABCD所成二面角的余弦值为.…(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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