Question

如圖，在直三棱柱ABC-A₁B₁C₁中，平面A₁BC⊥側(cè)面A₁ABB₁．
（1）求證：AB⊥BC；
（2）若直線AC與平面A₁BC所成的角為θ，二面角B-A₁C-A的大小為φ，當A₁A=AC=2BC=2時，求sinθ•sinφ的值．

Answer 1

考點：與二面角有關(guān)的立體幾何綜合題

專題：綜合題,空間位置關(guān)系與距離,空間角

分析：（1）證明AB⊥BC，只需證明BC⊥側(cè)面A₁ABB₁，只需證明AD⊥BC，AA₁⊥BC；
（2）以B為原點，建立空間直角坐標系，求出設(shè)平面A₁BC、平面AA₁C的一個法向量，利用向量的夾角公式，即可求出sinθ•sinφ的值．

解答： （1）證明：如右圖，作A在A₁B上的射影D．
∵平面A₁BC⊥側(cè)面A₁ABB₁，且平面A₁BC∩側(cè)面A₁ABB₁=A₁B，
∴AD⊥平面A₁BC，
又BC?平面A₁BC，∴AD⊥BC，
∵三棱柱ABC-A₁B₁C₁是直三棱柱，∴AA₁⊥底面ABC，
∴AA₁⊥BC．
又AA₁∩AD=A，∴BC⊥側(cè)面A₁ABB₁，
∵AB?側(cè)面A₁ABB₁，
∴AB⊥BC．…6′
（2）解：由（1）知，以B為原點，建立如圖所示的空間直角坐標系，則A（0，

3

，0），C（1，0，0），A₁ （0，

3

，2），
∴

AC

=(1，-

3

，0)，

BC

=(1，0，0)，

CA1

=(-1，

3

，2)
設(shè)平面A₁BC的一個法向量為

m

=(x1，y1，z1)，
平面AA₁C的一個法向量為

n

=(x2，y2，z2)，
則

m • BC =0 n • CA1 =0

，∴

x1=0 -x1+ 3 y1+2z1=0

取

m

=(0，

3

，-

3

2

)，
由

n • AC =0 n • CA1 =0

，得

x2- 3 y2=0 -x2+ 3 y2+2z2=0

，取

n

=(3，

3

，0)
∴sinθ=

| m • AC |

| m |•| AC |

=

3

21 4 • 4

=

21

7

，cosφ=

m • n

| m |•| n |

=

3

21 24 • 12

=

7

7

，
∴sinφ=

1-cos2φ

=

42

7

∴sinθ•sinφ=

3 2

7

．…12′

點評：本題考查線面垂直，線線垂直，考查空間角，考查向量知識的運用，正確求出平面的法向量是關(guān)鍵．