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(2012•郑州二模)如图,在多面体ABC-A1B1C1中,四边形A1ABB1是正方形,AB=AC,BC=2AB,B1C1∥.12BC,二面角A1-AB-C是直二面角.(I)求证:A1B1⊥平面AA1C;(II)求证:AB1∥平面A1C1C;(II)求BC与
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(I)求证:A1B1⊥平面AA1C;
(II)求证:AB1∥平面 A1C1C;
(II)求BC与平面A1C1C所成角的正弦值.
▼优质解答
答案和解析
(Ⅰ)证明:因为AB=AC,BC=
AB,所以AB2+AC2=BC2,所以AB⊥AC,
又因为四边形A1ABB1是正方形,所以AB⊥AA1,
又因为AC、AA1⊂平面AA1C,AC∩AA1=A
所以AB⊥平面AA1C;
又因为四边形A1ABB1是正方形,所以AB∥A1B1,
所以A1B1⊥平面AA1C; …(4分)

(Ⅱ)证明:取BC中点D,连接AD,B1D,C1D.
∵B1C1∥BC且B1C1=
BC,D为BC中点
∴B1C1∥DB且B1C1=DB,
∴四边形B1C1DB是平行四边形,可得C1D∥B1B
又A1A∥B1B且A1A=B1B,A1A∥C1D且A1A=C1D,
所以,A1ADC1是平行四边形
所以,A1C1∥AD,所以AD∥平面A1C1C;
同理,B1D∥平面A1C1C;
又因为B1D∩AD=D,所以平面ADB 1∥平面A1C1C;
所以AB1∥平面A1C1C; …(8分)
(Ⅲ)由(Ⅰ)AB⊥平面AA1C,又二面角A1-AB-C是直二面角,可知,AA1,AC,AB两两互相垂直,建立如图2示坐标系,设AB=2,则A(0,0,0),B(0,2,0),A1(0,0,2),C(2,0,0),C1(1,1,2)
所以
=(1,1,0),
=(2,0,−2).
设平面A1C1C的一个法向量为
=(x,y,1)
由
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又因为四边形A1ABB1是正方形,所以AB⊥AA1,
又因为AC、AA1⊂平面AA1C,AC∩AA1=A
所以AB⊥平面AA1C;
又因为四边形A1ABB1是正方形,所以AB∥A1B1,
所以A1B1⊥平面AA1C; …(4分)

(Ⅱ)证明:取BC中点D,连接AD,B1D,C1D.
∵B1C1∥BC且B1C1=
1 |
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∴B1C1∥DB且B1C1=DB,
∴四边形B1C1DB是平行四边形,可得C1D∥B1B
又A1A∥B1B且A1A=B1B,A1A∥C1D且A1A=C1D,
所以,A1ADC1是平行四边形
所以,A1C1∥AD,所以AD∥平面A1C1C;
同理,B1D∥平面A1C1C;
又因为B1D∩AD=D,所以平面ADB 1∥平面A1C1C;
所以AB1∥平面A1C1C; …(8分)
(Ⅲ)由(Ⅰ)AB⊥平面AA1C,又二面角A1-AB-C是直二面角,可知,AA1,AC,AB两两互相垂直,建立如图2示坐标系,设AB=2,则A(0,0,0),B(0,2,0),A1(0,0,2),C(2,0,0),C1(1,1,2)
所以
A1C1 |
A1C |
设平面A1C1C的一个法向量为
m |
由
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