如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是平行四边形,且AA1⊥底面ABCD,AB=2,AA1=BC=4,∠ABC=60°,点E为BC中点,点F为B1C1中点.(1)求证:平面A1ED⊥平面A1AEF;(2)设二面角A1-ED-A的大小为α,直线AD与平面A1ED所成的角为β,求sin(α+β)的值.

问题描述:

如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是平行四边形,且AA1⊥底面ABCD,AB=2,AA1=BC=4,∠ABC=60°,点E为BC中点,点F为B1C1中点.

(1)求证:平面A1ED⊥平面A1AEF;
(2)设二面角A1-ED-A的大小为α,直线AD与平面A1ED所成的角为β,求sin(α+β)的值.

(1)证明:∵AB=2,BC=4,∠ABC=60°,点E为BC中点,
∴△ABC为等边三角形,∠AEB=60°,
△CDE中,∠CED=30°,∴AE⊥ED,
∵AA1⊥底面ABCD,∴AA1⊥ED,
又由AE∩AA1=A,∴ED⊥平面AA1EF,
又∵ED⊂平面A1ED,
∴平面A1ED⊥平面A1AEF.
(2)∵ED⊥平面A1AEF,∴A1E⊥ED,AE⊥ED,
∴∠A1ED为二面角A1-ED-A的平面角,∴∠A1EA=α,
∴sinα=

AA1
A1E
2
5
5
,cosα=
5
5

过A作A1E的垂线,垂足为H,连结HD,
∵ED⊥平面A1AEF,∴ED⊥AH,
∴AH⊥平面A1ED,
∴∠ADH为直线AD与平面A1ED所成的角β,即∠ADH=β,
∴AH=
4
5
5
,sinβ=
5
5
=cosα,
∴α+β=90°,
∴sin(α+β)=1.
答案解析:(1)由已知中AB=2,BC=4,∠ABC=60°,点E为BC中点,我们易得到∠AEB=60°,∠CED=30°,进而得到AE⊥ED,又由AA1⊥底面ABCD,得AA1⊥ED,结合线面垂直的判定定理得到ED⊥平面AA1EF,再由面面垂直的判定定理,即可得到平面A1ED⊥平面A1AEF.
(2)过A作A1E的垂线,垂足为H,连结HD,由已知条件推导出∠A1ED为二面角A1-ED-A的平面角α,∠ADH为直线AD与平面A1ED所成的角β,由此能求出sin(α+β)=1.
考试点:与二面角有关的立体几何综合题;平面与平面垂直的判定.
知识点:本题考查平面与平面垂直的证明,考查二面角的求法及其应用,解题时要认真审题,注意空间思维能力的培养.