Question

如圖所示，在正三棱柱（底面是正三角形的直棱柱）A₁B₁C₁-ABC中，M為A₁B₁的中點，P∈平面ABC，PA⊥平面ACC₁A₁，且AB=AA₁=4，PA=4

3

．
（1）求證：C₁M⊥平面PCC₁；
（2）求二面角A₁-PC₁-C的余弦值．

Answer 1

考點：與二面角有關(guān)的立體幾何綜合題,直線與平面垂直的判定

專題：空間角

分析：（1）以A為原點，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz，利用向量法能證明C₁M⊥平面PCC₁．
（2）分別求出平面A₁PC₁的法向量和平面PC₁C的法向量，利用向量法能求出二面角A₁-PC₁-C的余弦值．

解答： （1）證明：以A為原點，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz，如圖所示，
則P（4

3

，0，0），M（-

3

，1，4），A₁（0，0，4），C₁（0，4，4），
∴

C1M

=（-

3

，-3，0），

CC1

=（0，0，4），

PC

（-4

3

，4，0），
∵

C1M

•

CC1

=0，

C1M

•

PC

=0，
∴C₁M⊥CC₁，C₁M⊥PC，
∵CC₁∩PC=C，CC₁?平面PCC₁，PC?平面PCC₁，
∴C₁M⊥平面PCC₁．
（2）

A1C1

=（0，4，0），

A1P

=（4

3

，0，-4），
設(shè)平面A₁PC₁的法向量

n

=（x，y，z），
則

n • A1C1 =4y=0 n • A1P =4 3 x-4z=0

，取x=1，得

n

=（1，0，

3

），
由（1）知平面PC₁C的一個法向量為

C1M

=（-

3

，-3，0），
∴cos＜

C1M

，

n

＞=

- 3

2×2 3

=-

1

4

，
∴二面角A₁-PC₁-C的余弦值為-

1

4

．

點評：本題考查空間點、線、面位置關(guān)系，考查二面角、空間向量及坐標(biāo)運算等基礎(chǔ)知識，考查空間想象能力、運算能力和推理論證能力，考查用向量方法解決問題能力．