问题 解答题

(本小题满分13分)已知直四棱柱ABCDA1B1C1D1

底面是菱形,且∠DAB=60°,AD=AA1F为棱BB1的中点,

M为线段AC1的中点.  (1)求证:直线MF∥平面ABCD

(2)求证:平面AFC1⊥平面ACC1A1

(3)求平面AFC1与与平面ABCD所成二面角的大小.

答案

(Ⅰ) 见解析  (Ⅱ)见解析  (Ⅲ)30°或150°

法一:

(1)延长C1F交CB的延长线于点N,连接AN。因为F是BB1的中点,

      所以F为C1N的中点,B为CN的中点。····2分

又M是线段AC1的中点,故MF∥AN。·····3分

MF平面ABCDAN平面ABCD

MF∥平面ABCD。                                ···5分

(2)证明:连BD,由直四棱柱ABCDA1B1C1D1

可知A1A⊥平面ABCD,又∵BD平面ABCD,

A1ABD。∵四边形ABCD为菱形,∴ACBD

又∵ACA1A=AACAA平面ACC1A1

BD⊥平面ACC1A1。                                                              ·················7分

在四边形DANB中,DA∥BN且DA=BN,所以四边形DANB为平行四边形

故NA∥BD,∴NA⊥平面ACC1A1,又因为NA平面AFC1

∴平面AFC1ACC1A1

(3)由(2)知BD⊥ACC1A1,又AC1ACC1A1,∴BD⊥AC1,∴BD∥NA,∴AC1⊥NA。

又由BD⊥AC可知NA⊥AC,

∴∠C1AC就是平面AFC1与平面ABCD所成二面角的平面角或补角。···10分

在Rt△C1AC中,tan,故∠C1AC=30°···12分

∴平面AFC1与平面ABCD所成二面角的大小为30°或150°。···13分

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