在直三棱柱ABC-A1B1C1中,底面是等腰直角三角形,∠ACB=90°,侧棱AA1=2

在直三棱柱ABC-A1B1C1中,底面是等腰直角三角形,∠ACB=90°,侧棱AA1=2,D、E分别是CC1与A1B的中点,点E在平面ABD上的射影是△ABD的重心G.

(1)求A1B与平面ABD所成角的大小(结果用反三角函数值表示);

(2)求点A1到平面AED的距离.

答案

解法一:(1)连结BG,则BG是BE在面ABD的射影,即∠EBG是A1B与平面ABD所成的角.设F为AB的中点,连结EF、FC,

∵D、E分别是CC1、A1B的中点,

又DC⊥平面ABC,∴CDEF为矩形.

连结DF,G是△ADB的重心,

∴G∈DF.在Rt△EFD中,

EF2=FG·FD=FD2

∵EF=1,

∴FD=.

于是ED=.

EG=.

∵FC=ED=,

∴AB=2,A1B=2,EB=.

∴sinEBG=.

∴A1B与平面ABD所成的角是arcsin.

(2)连结A1D,有.

∵ED⊥AB,ED⊥EF.

又EF∩AB=F,

∴ED⊥平面A1AB.

设A1到平面AED的距离为h,

则SAED·h=·ED.

==A1A·AB=,

SAED=AE·ED=.

∴h=

即A1到平面AED的距离为.

解法二:(1)连结BG,则BG是BE在面ABD上的射影,即∠A1BG是A1B与平面ABD所成的角.

如上图所示,建立坐标系,坐标原点为O.设CA=2a,则A(2a,0,0),B(0,2a,0),D(0,0,1),A1(2a,0,2),E(a,a,1),G(,,).

=(),=(0,-2a,1).

·=-=0.解得a=1.

=(2,-2,2),=().

∴cosA1BG==.

∴A1B与平面ABD所成的角是arccos.

(2)由(1)有A(2,0,0),A1(2,0,2),E(1,1,1),D(0,0,1).

=(-1,1,1)·(-1,-1,0)=0,

·=(0,0,2)·(-1,-1,0)=0,

∴ED⊥平面AA1E.又ED平面AED,

∴平面AED⊥面AA1E,又面AED∩面AA1E=AE,

∴点A1在平面AED上的射影K在AE上.

=(-λ,λ,λ-2).

=0,

即λ+λ+λ-2=0.

解得λ=.

=(-,,-).

∴||=.

故A1到平面AED的距离为.


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