如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,侧棱A1A⊥底面ABCD,AB∥DC,AB⊥AD,AD=CD=1,AA1=AB=2,E为棱AA1的中点.
(Ⅰ)证明:B1C1⊥CE;
(Ⅱ)求二面角B1-CE-C1的正弦值;

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如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,侧棱A1A⊥底面ABCD,AB∥DC,AB⊥AD,AD=CD=1,AA1=AB=2,E为棱AA1的中点.
(Ⅰ)证明:B1C1⊥CE;
(Ⅱ)求二面角B1-CE-C1的正弦值;

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方法一:
如图,以点A为原点,以AD,AA1,AB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分
(1)证明 易得
=(1,0,-1),
=(-1,1,-1),于是
·
=0,
所以B1C1⊥CE. ………………………………………………………………5分
(2)解
=(1,-2,-1).
设平面B1CE的法向量m=(x,y,z),
则
即
消去x,得y+2z=0,不妨令z=1,可得一个法向量为m=(-3,-2,1). ………………………………………………………… 8分
由(1)知,B1C1⊥CE,又CC1⊥B1C1,可得B1C1⊥平面CEC1,故
=(1,0,-1)为平面CEC1的一个法向量. ……………………………………………………………………10分
于是cos〈m,
〉=
=
=-
, ……………………11分
从而sin〈m,
〉=
,所以二面角B1-CE-C1的正弦值为
. ………12分
方法二 (1)证明 因为侧棱CC1⊥底面A1B1C1D1,B1C1⊂平面A1B1C1D1,所以CC1⊥B1C1.
经计算可得B1E=
,B1C1=
,EC1=
,
从而B1E2=B1C
+EC
,
所以在△B1EC1中,B1C1⊥C1E,……………………2分
又CC1,C1E⊂平面CC1E,CC1∩C1E=C1,所以B1C1⊥平面CC1E,
又CE⊂平面CC1E,故B1C1⊥CE. ……………………5分
(2)解 过B1作B1G⊥CE于点G,连接C1G.
由(1)知,B1C1⊥CE,故CE⊥平面B1C1G,得CE⊥C1G,所以∠B1GC1为二面角B1-CE-C1的平面角. ……………………………………………………………………………………9分
在△CC1E中,由CE
=C1E=
,CC1=2,可得C1G=
.
在Rt△B1C1G中,B1G=
,所以sin ∠B1GC1=
,
即二面角B1-CE-C1的正弦值为
. …………………………………………12分