Question

已知斜三棱柱—，側(cè)面與底面垂直，∠，，且⊥，＝.

（1）試判斷與平面是否垂直，并說(shuō)明理由；
（2）求側(cè)面與底面所成銳二面角的余弦值．

Answer 1

（1）AA₁與平面A₁BC不垂直
（2）

試題分析：解法一：如圖建立空間直角坐標(biāo)系，

（1）由條件知                              1分
由面⊥面ABC，AA₁⊥A₁C，AA₁=A₁C，知     2分

∵   ……………3分
∴與不垂直，即AA₁與BC不垂直，
∴AA₁與平面A₁BC不垂直……5分
（2）由ACC₁A₁為平行四邊形，
知==…7分
設(shè)平面BB₁C₁C的法向量，
由
令，則            9分
另外，平面ABC的法向量（0，0，1）       10分

所以側(cè)面BB₁C₁C與底面ABC所成銳二面角的余弦值為       12分
解法二：（1）取AC中點(diǎn)D，連結(jié)A₁D，則A₁D⊥AC．

又∵側(cè)面ACC₁A₁與底面ABC垂直，交線為AC，
∵A₁D⊥面ABC
∴A₁D⊥BC． 2分
假設(shè)AA₁與平面A₁BC垂直，則AA₁⊥BC．
又A₁D⊥BC，由線面垂直的判定定理，
BC⊥面A₁AC，所以BC⊥AC，這樣在△ABC中
有兩個(gè)直角，與三角形內(nèi)角和定理矛盾．假設(shè)不
成立，所以AA₁不與平面A₁BC垂直    5分
（2）側(cè)面BB₁C₁C與底面ABC所成的銳二面角即為側(cè)面BB₁C₁C與A₁B₁C₁底面所成的銳二面角．
過點(diǎn)C作A₁C₁的垂線CE于E，則CE⊥面A₁B₁C₁，B₁C₁⊥CE．
過點(diǎn)E作B₁C₁的垂線EF于F，連結(jié)CF．
因?yàn)锽₁C₁⊥EF，B₁C₁⊥CE，所以B₁C₁⊥面EFC，B₁C₁⊥CF
所以∠CFE即為所求側(cè)面BB₁C₁C與地面A₁B₁C₁所成的銳二面角的平面角           9分
由得
在Rt△EFC中，cos∠
所以，側(cè)面BB₁C₁C與底面ABC所成銳二面角的余弦值為     12分
點(diǎn)評(píng)：主要是考查了空間中線面垂直以及二面角平面角的大小的求解，運(yùn)用向量法來(lái)求解，屬于常規(guī)試題。