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如图所示,已知正四棱柱ABCD—A1B1C1D1 ,AB=1,AA1=2,点E为CC1中点,点F为BD1中点.

(1)证明EF为BD1与CC1的公垂线;

(2)求点D1到平面BDE的距离.

解析:(1)证法一:取BD中点M ,连结MC 、FM .?

∵F为BD1中点,∴FM∥DD1且FM=D1D.?

又∵EC=CC1且EC⊥MC,?

∴四边形EFMC是矩形.∴EF⊥CC1.?

又CM⊥面DBD1,∴EF⊥平面DBD1.?

∵BD1平面DBD1,∴EF⊥BD1.?

故EF为BD1与CC1的公垂线.?

证法二:建立如图所示的空间直角坐标系,得B(0,1,0),D1(1,0,2) ,F(,?,1),C1(0,0,2),E(0,0,1).??

∴=(,,1)-(0,0,1)=( -0, -0,1-1)=( ,,0),=(0,0,2), =(1,0,2)-(0,1,0)=(1-0,0-1,2-0)=(1,-1,2).?

∴?=×0+×0+0×0=0.?

?       =×1+×(-1)+0×2=-+0=0.?

即EF⊥CC1,EF⊥BD1.?

故EF是CC1与BD1的公垂线.?

证法三:(自由向量法)设=a ,=b ,=c ,且|a|=|b|=1,|c|=2,a⊥b,a⊥c,c⊥b.?

∵=c, =b–a + c,?

?b-a+c,

∴.?

∴.?

 ∵即⊥,且⊥.?

∴EF是CC1与BD1的公垂线.?

(2)解法一:连结ED1,有VE—DBD1=VD1—DBE .?

由(1)知,EF⊥CC1,∴EF⊥DD1.?

又EF⊥BD1,∴EF⊥面DBD1.?

设点D1到面BDE的距离为d,?

则S△DBE?·d=S△DBD1·EF.?

∵AA1=2,AB=1,∴BD=BE=ED=,EF=.?

∴S△DBD1 =,S△DBE =.?

∴.?

∴.?

故点D1到平面BDE的距离为.?

解法二:由(1)的证法三知, ,,?在面BDE内任取一点M,以与为基底,将用它们来表示,即

又,?

∴??

∵a⊥b,b⊥c,c⊥a,|a|=|b|=1,|c|=2,?

∴

 

 

?当且仅当y +x=0且x +=0时取等号,?

即当x =,y =时,的最小值为,?即.?

故点D1到面BDE的距离为.

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2
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