如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,侧棱A1A⊥底面ABCD,AB∥DC,AB⊥AD,AD=C

如图,四棱柱ABCDA1B1C1D1中,侧棱A1A底面ABCDABDCABADADCD1AA1AB2E为棱AA1的中点.

()证明:B1C1CE

()求二面角B1CEC1的正弦值;

19题图

 
 


答案

方法一: 如图,以点A为原点,以ADAA1AB所在直线为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,依题意得A(0,0,0)B(0,0,2)C(1,0,1)B1(0,2,2)C1(1,2,1)E(0,1,0).    …………………………………………………………………………………3

(1)证明 易得(1,0,-1)(1,1,-1),于是·0 

所以B1C1CE.      ………………………………………………………………5

(2)解 (1,-2,-1). 

设平面B1CE的法向量m(xyz)

消去x,得y2z0,不妨令z1,可得一个法向量为m(3,-2,1).   ………………………………………………………… 8

(1)知,B1C1CE,又CC1B1C1,可得B1C1平面CEC1,故(1,0,-1)为平面CEC1的一个法向量.      ……………………………………………………………………10

于是cosm〉==-      ……………………11

从而sinm〉=,所以二面角B1CEC1的正弦值为.    ………12

方法二 (1)证明 因为侧棱CC1底面A1B1C1D1B1C1⊂平面A1B1C1D1,所以CC1B1C1.

经计算可得B1EB1C1EC1

从而B1E2B1CEC

所以在B1EC1中,B1C1C1E,……………………2

CC1C1E⊂平面CC1ECC1C1EC1,所以B1C1平面CC1E

CE⊂平面CC1E,故B1C1CE. ……………………5

(2)解 过B1B1GCE于点G,连接C1G.

(1)知,B1C1CE,故CE平面B1C1G,得CEC1G,所以B1GC1为二面角B1CEC1的平面角……………………………………………………………………………………9

CC1E中,由CEC1ECC12,可得C1G.

Rt△B1C1G中,B1G,所以sin ∠B1GC1

即二面角B1CEC1的正弦值为.   …………………………………………12

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