如图,在三棱柱ABC—A1B1C1中,侧棱AA1⊥底面ABC,AB=AC=2AA1,∠分别是线段BC、B1C1的中点,P是线段AD的中点. (1)在平面ABC内,试做出过点P与平面A1BC平行的直线l,说明理由,并证明直线l⊥平面ADD1A1;

admin2015-12-09  51

问题 如图,在三棱柱ABC—A1B1C1中,侧棱AA1⊥底面ABC,AB=AC=2AA1,∠分别是线段BC、B1C1的中点,P是线段AD的中点.
    (1)在平面ABC内,试做出过点P与平面A1BC平行的直线l,说明理由,并证明直线l⊥平面ADD1A1
    (2)设(1)中的直线l交AB于点M,交AC于点N,求二面角A—A1M—N的余弦值.

选项

答案(1)如图所示,在平面ABC中,过点P作直线l∥BC,交AB于M,交AC于N. 因为l[*]面A1BC,BC[*]面A1BC, 所以l∥面A1BC. 因为在AABC中,AB=AC,D是BC上的中点,则AD⊥BC, 故AD⊥l. 因为AA1⊥面ABC,直线l[*]面ABC, 所以AA1⊥l, 又因为AD∩AA1=A,AD[*]面AA1D1D,AA1[*]面AA1D1D, 故直线l⊥面AA1D1D. [*] (2)连接A1P,过点A作AE⊥A1P于E,过点E作EF⊥A1M,连接AF. 由(1)可得,MN⊥面AA1E,而MN[*]A1MN, 则面AA1E⊥面A1MN, 又因为AE⊥A1P,面AA1E∩面A1MN=A1E,所以AE⊥面A1MN, 故EF是AF在面A1MN上的投影,则∠AFE是二面角A—A1M—N的平面角. 设AB=AC=2a,因为∠BAC=120°,则AD=AC.sin30°=2a×[*]=a, 因为AP=[*]a,AA1=a, 在RT△AA1P中,A1P=[*]. 因为P是AD的中点,MN∥BC,则M是AB的中点, 所以在Rt△AA1M中,AM=AA1=A,A1M=[*]a.AF=[*]A, 在Rt△AFE中,sin∠AFE=[*], 所cos∠AFE=[*]. 故二面角A—A1M—N的平面角的余弦值为[*].

解析
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