2012年江苏高考数学第19题第二问几何证明

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韩增民松
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在三棱柱ABC-A1B1C1中,已知AB=AC=AA1=√5,BC=4,在A1在底面ABC的投影是线段BC的中点O。

(1)证明在侧棱AA1上存在一点E,使得OE⊥平面BB1C1C,并求出AE的长;

(2)求平面A1B1C与平面BB1C1C夹角的余弦值。

 

(1)证明:∵在三棱柱ABC-A1B1C1中,已知AB=AC=AA1=√5,BC=4,在A1在底面ABC的投影是线段BC的中点O

∴AA1//面BB1C1C==>面A1AO⊥面ABC==>BC⊥面A1AO==>面A1AO⊥面BB1C1C

过O作OE⊥AA1交AA1于E

∴OE⊥面BB1C1C

连接OA,OA=√(AB^2-OB^2)=1

A1O=√(AA1^2-OA^2)=2

OA^2=AE*AA1==>AE=√5/5

 

(2)解析:求平面A1B1C与平面BB1C1C夹角的余弦值。

过C1作C1F⊥B1C交B1C于F,过F作FG⊥B1C交A1C于G,连接GC1

∴∠GFC1为平面A1B1C与平面BB1C1C夹角的平面角

∵BB1C1C为矩形,∴∠CC1B1=π/2

在⊿CB1C1中,B1C=√(B1C1^2+CC1^2)=√21

B1C1^2=B1F*B1C==>4^2=B1F*√21==>B1F=16/√21

FC1=√(B1C1^2-FB1^2)= 4√5/√21 

 

由(1)A1O=2,OC=2,∴A1C=2√2

在⊿A1CB1中

Cos∠A1CB1=(A1C^2+B1C^2-A1B1^2)/(2A1C*B1C)=(8+21-5)/(2*2√42)=6/√42

CF=√21-16/√21=5/√21

tan∠A1CB1=GF/CF=√6/6==>GF=5√14/42 

Cos∠A1CB1=CF/CG=6/√42==>CG=5/√21*√42/6=5√2/6

 

在⊿A1CC1中

Cos∠A1CC1=(A1C^2+C1C^2-A1C1^2)/(2A1C*C1C)=(8+5-5)/(2*2√10)=2/√10

CG=5√2/6

GC1=√(GC^2+CC1^2-2*GC*CC1*cos∠A1CC1)=√(50/36+5-2*5√2/6*√5*2/√10)

=√(55/18) 

 

在⊿GFC1中

Cos∠GFC1=(GF^2+FC1^2-GC1^2)/(2GF*C1F)=(25/126+80/21-55/18)/(2*5√14/42*√80/√21)

=√30/10

520toshiba
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