(2011?静海县一模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,点D是棱B1
(2011?静海县一模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,点D是棱B1C1的中点.(Ⅰ)求证:A1D⊥平面...
(2011?静海县一模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,点D是棱B1C1的中点.(Ⅰ)求证:A1D⊥平面BB1C1C;(Ⅱ)求证:AB1∥平面A1DC;(Ⅲ)求二面角D-A1C-A的余弦值.
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(Ⅰ)证明:因为侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,
所以AA1⊥AC,AA1⊥AB,
所以AA1⊥平面ABC,三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱.(1分)
因为A1D?平面A1B1C1,所以CC1⊥A1D,(2分)
又因为A1B1=A1C1,D为B1C1中点,
所以A1D⊥B1C1.(3分)
因为CC1∩B1C1=C1,
所以A1D⊥平面BB1C1C.(4分)
(Ⅱ)证明:连接AC1,交A1C于点O,连接OD,
因为ACC1A1为正方形,所以O为AC1中点,又D为B1C1中点,
所以OD为△AB1C1中位线,所以AB1∥OD,(6分)
因为OD?平面A1DC,AB1?平面A1DC,
所以AB1∥平面A1DC.(8分)
(Ⅲ)解:因为侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,
所以AB,AC,AA1两两互相垂直,如图所示建立直角坐标系A-xyz.
设AB=1,则C(0,1,0), B(1,0,0), A1(0,0,1), D(
,
,1).
=(
,
,0),
=(0,1,?1),(9分)
设平面A1DC的法向量为n=(x,y,z),则有
,
所以AA1⊥AC,AA1⊥AB,
所以AA1⊥平面ABC,三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱.(1分)
因为A1D?平面A1B1C1,所以CC1⊥A1D,(2分)
又因为A1B1=A1C1,D为B1C1中点,
所以A1D⊥B1C1.(3分)
因为CC1∩B1C1=C1,
所以A1D⊥平面BB1C1C.(4分)
(Ⅱ)证明:连接AC1,交A1C于点O,连接OD,
因为ACC1A1为正方形,所以O为AC1中点,又D为B1C1中点,
所以OD为△AB1C1中位线,所以AB1∥OD,(6分)
因为OD?平面A1DC,AB1?平面A1DC,
所以AB1∥平面A1DC.(8分)
(Ⅲ)解:因为侧面ABB1A1,ACC1A1均为正方形,∠BAC=90°,
所以AB,AC,AA1两两互相垂直,如图所示建立直角坐标系A-xyz.
设AB=1,则C(0,1,0), B(1,0,0), A1(0,0,1), D(
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设平面A1DC的法向量为n=(x,y,z),则有
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