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(本小题满分12分)如图,已知直三棱柱ABCA1B1C1的侧棱长为2,底面△ABC是等腰直角三角形,且∠ACB=90°,AC=2,DA A1的中点. (Ⅰ)求异面直线ABC1D所成的角(用反三角函数表示);(Ⅱ)若EAB上一点,试确定点EAB上的位置,使得A1EC1D

(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,求点D到平面B1C1E的距离.

(Ⅰ)  (Ⅲ)DH=


解析:

[解析](Ⅰ)法一:取CC1的中点F,连接AFBF

AFC1D.      ∴∠BAF为异面直线ABC1D

所成的角或其补角. ∵△ABC为等腰直角三角形,AC=2,

AB=.又∵CC1=2,∴AF=BF=

∵cos∠BAF=, ∴∠BAF=

即异面直线ABC1D所成的角为

法二:以C为坐标原点,CBCACC1分别为x轴,y轴,

z轴建立空间直角坐标系,

A(0,2,0),B(2,0,0),C1(0,0,2),

D(0,2,1),∴=(2,-2,0),=(0,2,-1).

由于异面直线ABC1D所成的角为向量的夹角或其补角. 设的夹角为

则cos==,∴=,即异面直线ABC1D所成的角为

(Ⅱ)法一:过C1C1MA1B1,垂足为M,则MA1B1的中点,且C1M⊥平面AA1B1B.连接DM.

DM即为C1D在平面AA1B1B上的射影. 要使得A1EC1D

由三垂线定理知,只要A1EDM.  

AA1=2,AB=2,由计算知,EAB的中点.

法二:过EENAC,垂足为N,则EN⊥平面AA1C1C.连接A1N. ∴A1N即为A1E在平面AA1C1C上的射影.

要使得A1EC1D,由三垂线定理知,只要A1NC1D

∵四边形AA1C1C为正方形,∴NAC的中点,

E点为AB的中点.

法三:以C为坐标原点,CBCACC1分别为x轴,

y轴,z轴建立空间直角坐标系,则A1(0,2,2),B(2,0,0),C1(0,0,2),  D(0,2,1),

E点的坐标为(xy,0),要使得A1EC1D

只要·=0, ∵=(xy-2,-2),

=(0,2,-1),∴y=1.

又∵点EAB上,

.∴x=1.

E点为AB的中点.

(Ⅲ)法一:取AC中点N,连接ENC1N

 则ENB1C1.     ∵B1C1⊥平面AA1C1C

∴面B1C1NE⊥平面AA1C1C.     

过点DDHC1N,垂足为H,则DH⊥平面B1C1NE,   

 ∴DH的长度即为点D到平面B1C1E的距离. 

在正方形AA1C1C中,

由计算知DH=,  即点D到平面B1C1E的距离.

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