Question

已知某几何体的直观图和三视图如图所示，其正视图为矩形，左视图为等腰直角三角形，俯视图为直角梯形．

（1）证明：面BCN⊥面C₁NB₁
（2）求平面CNB₁与平面C₁NB₁所成角的余弦值．

Answer 1

考点：与二面角有关的立体几何综合题,由三视图求面积、体积

专题：空间位置关系与距离,空间角

分析：（Ⅰ）根据题意，可得BA，BC，BB₁两两垂直，以BA，BB₁，BC分别为x，y，z轴建立空间直角坐标系，用坐标表示点、向量，利用数量积证明NB⊥NB₁，BN⊥B₁C₁，即可证明BN⊥平面C₁NB₁．
（Ⅱ）求出平面C₁B₁N、平面NCB₁的一个法向量，利用向量的夹角公式，可求二面角C-NB₁-C₁的余弦值．

解答： （1）证明：∵该几何体的正视图为矩形，左视图为等腰直角三角形，俯视图为直角梯形，
∴BA，BC，BB₁两两垂直．
以BA，BB₁，BC分别为x，y，z轴建立空间直角坐标系如图．--------------（2分）

则B（0，0，0），N（4，4，0），B₁（0，8，0），C₁（0，8，4），C（0，0，4）．
∴

BN

•

NB1

=-16+16+0=0，

BN

•

B1C1

=（4，4，0）•（0，0，4）=0------------（4分）
∴NB⊥NB₁，BN⊥B₁C₁．
又NB₁与B₁C₁相交于B₁，∴BN⊥平面C₁NB₁．-------------------（6分）
（2）解：∵BN⊥平面C₁NB₁，∴

BN

是平面C₁B₁N的一个法向量

n1

=（4，4，0），------------（8分）
设

n2

=（x，y，z）为平面NCB₁的一个法向量，则

x+y-z=0 x-y=0

∴可取

n2

=（1，1，2）．------------（10分）
∴cos＜

n1

，

n2

＞=

n1 • n2

| n1 || n2 |

=

3

3

∴所求二面角C-NB₁-C₁的余弦值为

3

3

．------------（12分）

点评：本题考查线面垂直，考查面面角，解题的关键是构建空间直角坐标系，确定平面的法向量．