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如图,正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱长均为2,P是侧棱AA1上任意一点. ...

如图,正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱长均为2,P是侧棱AA1上任意一点.
(1)求证:B1P不可能与平面ACC1A1垂直;
(2)当BC1⊥B1P时,求二面角C-B1P-C1的大小.

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(1)连接B1P,假设B1P⊥平面ACC1A1,根据线面垂直的性质定理可知∠B1A1C1=90°,这与△A1B1C1是等边三角形矛盾,所以B1P不可能与平面ACC1A1垂直; (2)取A1B1的中点D,连接C1D、BD、BC1,先求出AP长,连接B1C,交BC1于点O,过O在平面CPB1上作OE⊥B1P,交B1P于点E,连接C1E,根据二面角的定义证得∠OEC1是二面角C-B1P-C1的平面角,在三角形OEC1中求出此角即可. 【解析】 (1)证明:连接B1P,假设B1P⊥平面ACC1A1,则B1P⊥A1C1. 由于三棱柱ABC-A1B1C1为正三棱柱, ∴AA1⊥A1C1. ∴A1C1⊥侧面ABB1A1. ∴A1C1⊥A1B1, 即∠B1A1C1=90°. 这与△A1B1C1是等边三角形矛盾. ∴B1P不可能与平面ACC1A1垂直. (2)取A1B1的中点D,连接C1D、BD、BC1, 则C1D⊥A1B1,又∵AA1⊥平面A1B1C1, ∴AA1⊥C1D.∴C1D⊥平面ABB1A1. ∴BD是BC1在平面ABB1A1上的射影. ∵BC1⊥B1P,∴BD⊥B1P.∴∠B1BD=90°-∠BB1P=∠A1B1P. 又A1B1=B1B=2,∴△BB1D≌△B1A1P,A1P=B1D=1.∴AP=1. 连接B1C,交BC1于点O,则BC1⊥B1C. 又BC1⊥B1P,∴BC1⊥平面B1CP. 过O在平面CPB1上作OE⊥B1P,交B1P于点E, 连接C1E,则B1P⊥C1E, ∴∠OEC1是二面角C-B1P-C1的平面角. 由于CP=B1P=,O为B1C的中点,连接OP, ∴PO⊥B1C,OP•OB1=OE•B1P.∴OE=. ∴tan∠OEC1==. ∴∠OEC1=arctan. 故二面角C-B1P-C1的大小为arctan.
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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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