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20.已知三棱柱ABCA1B1C1中底面边长和侧棱长均为a,侧面A1ACC1⊥底 面ABC,A1Ba.

20题图

(Ⅰ)求异面直线ACBC1所成角的余弦值;

(Ⅱ)求证A1B⊥面AB1C.

20.本小题主要考查直线与直线、直线与平面的位置关系,考查逻辑推理能力 和空间想象能力.

  解:过点BBOAC,垂足为点O,则BO⊥侧面ACC1A1,连结A1O,在Rt △A1BO中,A1Ba,BOa,

A1Oa,又AA1a,AO.

∴△A1AO为直角三角形,A1OAC,A1O⊥底面ABC.

解法一:

(Ⅰ)

∵ A1C1AC,

∴ ∠BC1A1为异面直线ACBC1所成的角.

∵ A1O⊥面ABC,ACBO,

∴ ACA1B,

∴  A1C1A1B.

在Rt△A1BC1中,A1Ba,A1C1a,

∴ BC1a

∴  cosBC1A1,

所以,异面直线ACBC1所成角的余弦值为.

(Ⅱ)

A1BAB1相交于点D,

∵ ABB1A1为菱形,

∴ AB1A1B.

又 A1BAC,

  AB1AC是平面AB1C内两条相交直线,

  所以A1B⊥面AB1C.

  解法二:

(Ⅰ)如图,建立坐标系,原点为BOAC的垂足O.由题设条件可得

B(a,0,0),C1(0,a,a),

A(0,-a,0),C(0,a,0),

∴  Equation.3=(-a,a,a),=(0,a,0).

Equation.3的夹角为θ,则

cosθ,

所以,异面直线ACBC1所成角的余弦值为.

(Ⅱ)A1(0,0,a),B(,0,0),

∴ Equation.3=(a,0,-a),

    =(0,a,0),Equation.3·=0,

∴  A1BAC.

ABB1A1为菱形,

∴ A1BAB1.

又因为AB1AC为平面AB1C内两条相交直线,

所以A1B⊥平面AB1C.


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