Question

已知平行六面體ABCD－A1B1C1D1的底面ABCD是菱形，且∠C1CB＝∠C1CD＝∠BCD＝60º.

（Ⅰ）證明：C1C⊥BD；

（Ⅱ）假定CD＝2，CC1＝，記面C1BD為，面CBD為，求二面角－BD－的平面角的余弦值；

（Ⅲ）當(dāng)的值為多少時，能使A1C⊥平面C1BD？請給出證明.

Answer 1

（Ⅰ）證明：連結(jié)A₁C₁、AC，AC和BD交于O，連結(jié)C₁O.

∵四邊形ABCD是菱形，∴AC⊥BD，BC＝CD.

又∵∠BCC₁＝∠DCC₁，C₁C＝C₁C，

∴△C₁BC≌△C₁DC，

∴C₁B＝C₁D，

∵DO＝OB，

∴C₁O⊥BD，                                                                 

但　AC⊥BD，AC∩C₁O＝O，

∴BD⊥平面AC₁.

又　C₁C平面AC₁，

∴C₁C⊥BD.                                                      

 （Ⅱ）解：由（Ⅰ）知AC⊥BD，C₁O⊥BD，∴∠C₁OC是二面角α―BD―β的平面角.

在△C₁BC中，BC＝2，C₁C＝，∠BCC₁＝60°，

∴C₁B²＝2²＋－2×2××cos60°＝.                   

 ∵∠OCB=30°，

∴OB＝BC＝1.

 ∴C₁O²＝C₁B²－OB²＝－1＝，

 ∴C₁O＝=即C₁O＝C₁C.

 作C₁H⊥OC，垂足為H.

∴點(diǎn)H是OC的中點(diǎn)，且OH＝，

 所以　cos∠C₁OC＝＝.                              

 （Ⅲ）當(dāng)＝1時，能使A₁C⊥平面C₁BD.

證明一：

∵＝1，∴BC＝CD＝C₁C，

又　∠BCD＝∠C₁CB＝∠C₁CD，

由此可推得　BD＝C₁B＝C₁D.

∴三棱錐C―C₁BD是正三棱錐.                                   

設(shè)　A₁C與C₁O相交于G.

∵A₁C₁∥AC，且A₁C₁OC＝21，

∴C₁GGO＝21.

又　C₁O是正三角形C₁BD的BD邊上的高和中線，

∴點(diǎn)G是正三角形C₁BD的中心，

∴CG⊥平面C₁BD.

即　A₁C⊥平面C₁BD.                                                  

證明二：

由（Ⅰ）知，BD⊥平面AC₁，

∵A₁C平面AC₁，∴BD⊥A₁C.                                   

當(dāng)　＝1時，平行六面體的六個面是全等的菱形，

同BD⊥A₁C的證法可得BC₁⊥A₁C.

又　BD∩BC₁＝B，

∴A₁C⊥平面C₁BD.