已知斜三棱柱ABC-A1B1C1,∠BCA=90°,AC=BC=2,A1在底面ABC上的射影恰为AC的中点D,又知BA1⊥AC1.(Ⅰ)求证:AC1⊥平面A1BC;(Ⅱ)求CC1到平面A1AB的距离;(Ⅲ)求二面角A-A1B-C的大小.

问题描述:

已知斜三棱柱ABC-A1B1C1,∠BCA=90°,AC=BC=2,A1在底面ABC上的射影恰为AC的中点D,又知BA1⊥AC1

(Ⅰ)求证:AC1⊥平面A1BC;
(Ⅱ)求CC1到平面A1AB的距离;
(Ⅲ)求二面角A-A1B-C的大小.

(I)证明:因为A1D⊥平面ABC,所以平面AA1C1C⊥平面ABC,
又BC⊥AC,所以BC⊥平面AA1C1C,
得BC⊥AC1,又BA1⊥AC1
所以AC1⊥平面A1BC;(4分)
(II)因为AC1⊥A1C,所以四边形AA1C1C为菱形,
故AA1=AC=2,又D为AC中点,知∠A1AC=60°.
取AA1中点F,则AA1⊥平面BCF,从而面A1AB⊥面BCF,
过C作CH⊥BF于H,则CH⊥面A1AB,
在Rt△BCF中,BC=2,CF=

3
,故CH=
2
21
7

即CC1到平面A1AB的距离为CH=
2
21
7
(9分)
(III)过H作HG⊥A1B于G,连CG,则CG⊥A1B,
从而∠CGH为二面角A-A1B-C的平面角,
在Rt△A1BC中,A1C=BC=2,所以CG=
2

在Rt△CGH中,sin∠CGH=
CH
CG
42
7

故二面角A-A1B-C的大小为arcsin
42
7
.(14分)
答案解析:(I)欲证AC1⊥平面A1BC,根据直线与平面垂直的判定定理可知只需证AC1与平面A1BC内两相交直线垂直,BC⊥AC1,又BA1⊥AC1,满足定理条件;
(II)取AA1中点F,则AA1⊥平面BCF,从而面A1AB⊥面BCF,过C作CH⊥BF于H,则CH⊥面A1AB,从而CH就是CC1到平面A1AB的距离,在Rt△BCF中,求出CH即可;
(III)过H作HG⊥A1B于G,连CG,根据二面角平面角的定义知∠CGH为二面角A-A1B-C的平面角,在Rt△CGH中求出此角的正弦值即可.
考试点:直线与平面垂直的判定;与二面角有关的立体几何综合题;点、线、面间的距离计算.
知识点:本题主要考查了直线与平面垂直的判定,以及二面角及其度量和点、线、面间的距离计算,考查空间想象能力、运算能力和推理论证能力,属于基础题.