问题 解答题

已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,点E为棱AB的中点,求:

(Ⅰ)D1E与平面BC1D所成角的大小;

(Ⅱ)二面角D-BC1-C的大小;

(Ⅲ)异面直线B1D1与BC1之间的距离.

答案

(Ⅰ)以A点为坐标原点,以AB,AD,AA1方向为X、Y、Z轴正方向建立空间坐标系,则E(1,0,0)D1(0,2,2)

ED1
=(-1.2,2)

B (2,0,0)D(0,2,0)C1(2,2,2)

BC1
=(0,2,2)
BD
=(-2,2,0)设面BC1D的一个法向量为
n1
=(x,y,z)则
n1
BC1
=0 
n1
BD
=0

2y+2z=0
-2x+2y=0
取x=1得为
n1
=(1,1,-1),
ED1
n1
所成角的余弦值等于
n1
ED1
|
n1|
|
ED1
|
=
-1
3
=-
3
9
,∴D1E与平面BC1D所成角θ的正弦值为
3
9
 

D1E与平面BC1D所成角的大小为arcsin

3
9

 (Ⅱ)易知面BC1C的一个法向量

n2
=(1,0,0),两法向量夹角余弦值为
n1
n2
|
n2
| × 
|n1
|
=
1
3
=
3
3
,又二面角D-BC1-C是锐二面角,∴大小为arccos
3
3

(Ⅲ)∵BDB1D1,BD⊂面BC1D,∴B1D1面BC1D,,异面直线B1D1与BC1之间的距离等于B1D1到面BC1D,的距离,即为 B1到面BC1D,的距离,

BB1
=(0,0,2),
BB1
n1
方向上的投影为
n1
BB1
|
n1
|
=
2
3
=
2
3
3
,∴异面直线B1D1与BC1之间的距离
2
3
3

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