Question

11．如图，已知三棱柱ABC-A₁B₁C₁的侧面与底面垂直，AA₁=AB=AC=1，AB⊥AC，M、N、P分别是CC₁、BC、A₁B₁的中点．
（1）求证：PN⊥AM；
（2）若直线MB与平面PMN所成的角为θ，求sinθ的值．

Answer 1

分析 （1）以A为原点，AB为x轴，AC为y轴，AA₁为z轴，建立空间直角坐标系，利用向量法能证明PN⊥AM．
（2）求出平面PMN的一个法向量，由此利用向量法能求出sinθ．

解答 （1）证明：以A为原点，AB为x轴，AC为y轴，AA₁为z轴，建立空间直角坐标系，
则A（0，0，0），B（1，0，0），C（0，1，0），C₁（0，1，1），P（$\frac{1}{2}$，0，1），
M（0，1，$\frac{1}{2}$），N（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，0），
$\overrightarrow{NP}=（0，-\frac{1}{2}，1）$，$\overrightarrow{AM}$=（0，1，$\frac{1}{2}$），
∵$\overrightarrow{NP}•\overrightarrow{AM}$=0+$\frac{1}{2}-\frac{1}{2}$=0，
∴PN⊥AM．
（2）解：设平面PMN的一个法向量为$\overrightarrow{{n}_{1}}$=（x₁，y₁，z₁），
$\overrightarrow{NP}=（0，-\frac{1}{2}，1）$，$\overrightarrow{NM}$=（-$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$），
则$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{{n}_{1}}•\overrightarrow{NP}=-\frac{1}{2}{y}_{1}+{z}_{1}=0}\\{\overrightarrow{{n}_{1}}•\overrightarrow{NM}=-\frac{1}{2}{x}_{1}+\frac{1}{2}{y}_{1}+\frac{1}{2}{z}_{1}=0}\end{array}\right.$，
令y₁=2，得$\overrightarrow{{n}_{1}}$=（3，2，1），
又$\overrightarrow{MB}$=（1，-1，-$\frac{1}{2}$），
∴sinθ=$\frac{\overrightarrow{{n}_{1}}•\overrightarrow{MB}}{|\overrightarrow{{n}_{1}}|•|\overrightarrow{MB}|}$=$\frac{\frac{1}{2}}{\frac{3}{2}×\sqrt{14}}$=$\frac{\sqrt{14}}{42}$．

点评 本题考查异面直线垂直的证明，考查线面角的正弦值的求法，是中档题，解题时要认真审题，注意向量法的合理运用．