問題詳情:
如圖13所示,在四稜柱ABCD A1B1C1D1中,底面ABCD是等腰梯形,∠DAB=60°,AB=2CD=2,M是線段AB的中點.
圖13
(1)求*:C1M∥平面A1ADD1;
(2)若CD1垂直於平面ABCD且CD1=,求平面C1D1M和平面ABCD所成的角(鋭角)的餘弦值.
【回答】
解:(1)*:因為四邊形ABCD是等腰梯形,
且AB=2CD,所以AB∥DC,
又M是AB的中點,
所以CD∥MA且CD=MA.
連接AD1.因為在四稜柱ABCD A1B1C1D1中,
CD∥C1D1,CD=C1D1,
所以C1D1∥MA,C1D1=MA,
所以四邊形AMC1D1為平行四邊形,
因此,C1M∥D1A.
又C1M⊄平面A1ADD1,D1A⊂平面A1ADD1,
所以C1M∥平面A1ADD1.
(2)方法一:連接AC,MC.
由(1)知,CD∥AM且CD=AM,
所以四邊形AMCD為平行四邊形,
所以BC=AD=MC.
由題意∠ABC=∠DAB=60°,
所以△MBC為正三角形,
因此AB=2BC=2,CA=,
因此CA⊥CB.
設C為座標原點,建立如圖所示的空間直角座標系C xyz.
所以A(,0,0),B(0,1,0),D1(0,0,).
因此M,
所以=,==.
設平面C1D1M的一個法向量n=(x,y,z),
由得
可得平面C1D1M的一個法向量n=(1,,1).
又=(0,0,)為平面ABCD的一個法向量.
因此cos〈,n〉==,
所以平面C1D1M和平面ABCD所成的角(鋭角)的餘弦值為.
方法二:由(1)知,平面D1C1M∩平面ABCD=AB,點過C向AB引垂線交AB於點N,連接D1N.
由CD1⊥平面ABCD,可得D1N⊥AB,
因此∠D1NC為二面角C1 AB C的平面角.
在Rt△BNC中,BC=1,∠NBC=60°,
可得CN=,
所以ND1==.
在Rt△D1CN中,cos∠D1NC===,
所以平面C1D1M和平面ABCD所成的角(鋭角)的餘弦值為.
知識點:空間中的向量與立體幾何
題型:解答題