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18.在棱长为4的正方体ABCDA1B1C1D1中,O是正方形A1B1C1D1的中心,点P在棱CC1上,且CC1=4CP.

(Ⅰ)求直线AP与平面BCC1B1所成的角的大小(结果用反三角函数值表示);

(Ⅱ)设O点在平面D1AP上的射影是H,求证:D1HAP

(Ⅲ)求点P到平面ABD1的距离.

18.本小题主要考查线面关系和正方体性质等基本知识,考查空间想象

能力和推理论证能力.

解法一:(Ⅰ)连结BP,

AB⊥平面BCC1B1,

∴∠APBAP与面BB1C1C所成的角.

CC1=4,CC1=4PC,∴PC=1,

在Rt△CBP中,∠PCB为直角,BC=4,PC=1,故PB=.

在Rt△ABP中, ∠ABP为直角,tanAPB===.

∴∠APB=arctan.

即直线AP与平面BCC1B1所成的角为arctan.

解法二:∵AB⊥平面BCC1B1,

AP与平面BCC1B1所成的角就是∠APB.

如图建立空间直角坐标系,坐标原点为D.

CC1=4CP,CC1=4,∴CP=1,A(4,0,0),P(0,4,1),B(4,4,0).

=(4,-4,-1),=(4,0,-1).

·=16+0+1=17.

∴cosAPB===.

∴直线AP与平面BCC1B1所成的角为arccos.

(Ⅱ)解法一:连结A1C1B1D1.

∵四边形A1B1C1D1是正方形,∴D1OA1C1.

又∵AA1⊥底面A1B1C1D1,∴AA1D1O.

AA1A1C1=A1,∴D1O⊥平面A1APC1.

由于AP平面A1APC1,∴D1OAP.

∵平面D1AP的斜线D1O在这个平面内的射影是D1H

D1HAP.

解法二:连结D1O,由(Ⅰ)有D1(0,0,4),O(2,2,4),∴Equation.3=(2,2,0).

·Equation.3=8-8+0=0.∴Equation.3.

∵平面D1AP的斜线D1O在这个平面内的射影是D1H,∴D1HAP.

(Ⅲ)解法一:连结BC1,在平面BCC1B1中,过点PPQBC1于点Q.

AB⊥平面BCC1B1,PQ平面BCC1B1,∴PQAB.

PQ⊥平面ABC1D1.

PQ就是点P到平面ABD1的距离.

在Rt△C1PQ中,∠C1QP=90°,∠PC1Q=45°,PC1=3,

PQ=,即点P到平面ABD1的距离为.

解法二:同解法一.


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