如图,直四棱柱ABCD-A1B1C1D1的高为3,底面是边长为4且∠DAB=60°的菱形

如图,直四棱柱ABCD-A1B1C1D1的高为3,底面是边长为4且∠DAB=60°的菱形,A1C1∩B1D1=O1,E是O1A的中点.

(Ⅰ)求二面角O1-BC-D的大小;

(Ⅱ)求点E到平面O1BC的距离.

答案

解法一:(Ⅰ)过AC、BD的交点O作OF⊥BC于F,连接O1F,

∵OO1⊥面AC,∴BC⊥O1F,

∴∠O1FO是二面角O1-BC-D的平面角,

∵OB=2,∠OBF=60°,∴OF=

在Rt△O1OF中,tan∠O1FO=

∴∠O1FO=60°即二面角O1—BC—D为60° 

(Ⅱ)在△O1AC中,OE是△O1AC的中位线,

∴OE∥O1C,∴OE∥面O1BC,

∵BC⊥面O1OF,∴面O1BC⊥面O1OF,交线O1F.

过O作OH⊥O1F于H,则OH是点O到面O1BC的距离,

∴OH=.∴点E到面O1BC的距离等于

解法二:

(Ⅰ)∵OO1⊥平面AC,

∴OO1⊥OA,OO1⊥OB,又OA⊥OB,

建立如图所示的空间直角坐标系(如图)

∵底面ABCD是边长为4,∠DAB=60°的菱形,

∴OA=2,OB=2,

则A(2,0,0),B(0,2,0),C(-2,0,0),O1(0,0,3)

设平面O1BC的法向量为n

1=(x,y,z),

n

1n1

,则z=2,则x=,y=3,

n

1=(,3,2),而平面AC的法向量n2=(0,0,3)  

∴cos<n

1n2>=

设O1-BC-D的平面角为α,∴cosα=;∴α=60°.

故二面角O1-BC-D为60°.

(Ⅱ)设点E到平面O1BC的距离为d,

∵E是O1A的中点,∴=(,0,),

则d=

∴点E到面O1BC的距离等于

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