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20题图
(Ⅰ)求异面直线AC与BC1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B作BO⊥AC,垂足为点O,则BO⊥侧面ACC1A1,连结A1O,在Rt △A1BO中,A1B=
a,BO=
a,
∴A1O=
a,又AA1=a,AO=
.
∴△A1AO为直角三角形,A1O⊥AC,A1O⊥底面ABC.
解法一:
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(Ⅰ)
∵ A1C1∥AC,
∴ ∠BC1A1为异面直线AC与BC1所成的角.
∵ A1O⊥面ABC,AC⊥BO,
∴ AC⊥A1B,
∴ A1C1⊥A1B.
在Rt△A1BC1中,A1B=
a,A1C1=a,
∴ BC1=
a
∴ cosBC1A1=
,
所以,异面直线AC与BC1所成角的余弦值为
.
(Ⅱ)
设A1B与AB1相交于点D,
∵ ABB1A1为菱形,
∴ AB1⊥A1B.
又 A1B⊥AC,
AB1与AC是平面AB1C内两条相交直线,
所以A1B⊥面AB1C.
解法二:
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(Ⅰ)如图,建立坐标系,原点为BO⊥AC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),
∴
=(-
a,a,
a),
=(0,a,0).
设
与
的夹角为θ,则
cosθ=
=
=
,
所以,异面直线AC与BC1所成角的余弦值为
.
(Ⅱ)A1(0,0,
a),B(
,0,0),
∴
=(
a,0,-
a),
=(0,a,0),
·
=0,
∴ A1B⊥AC.
又ABB1A1为菱形,
∴ A1B⊥AB1.
又因为AB1与AC为平面AB1C内两条相交直线,
所以A1B⊥平面AB1C.
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