Question

（2008•宣武區(qū)一模）如圖，已知長(zhǎng)方體AC₁中，AB=BC=1，BB₁=2，連接B₁C，過(guò)B點(diǎn)作B₁C的垂線交CC₁于E，交B₁C于F
（1）求證：AC₁⊥平面EBD；
（2）求點(diǎn)A到平面A₁B₁C的距離；
（3）求直線DE與平面A₁B₁C所成角的正弦值．

Answer 1

分析：法一：（1）連接AC，則AC⊥DB，由AC是A₁C在平面ABCD內(nèi)的射影，知A₁C⊥BD．因?yàn)锳₁B₁⊥平面B₁C₁BC，所以A₁C⊥BE．由此能夠證明A₁C⊥平面EBD．
（2）由AB平行于平面A₁B₁C，所以點(diǎn)B到平面A₁B₁C的距離等于點(diǎn)A到平面A₁B₁C的距離，由BF⊥平面A₁B₁C，知BF為所求距離，由此能求出結(jié)果．
（3）連接DF，A₁D，由EF⊥B₁C，EF⊥A₁C，知EF⊥平面A₁B₁C，所以∠EDF即為直線ED與平面A₁B₁C所成的角．由條件AB=BC=1，BB₁=2，能求出直線DE與平面A₁B₁C所成角的正弦值．
法二：（1）分別以AB，AD，AA₁為x軸、y軸、z軸，建立空間直角坐標(biāo)系，則A(0，0，0，)，A1(0，0，2)，E(1，1，

1

2

)，B（1，0，0），D（0，1，0），C（1，1，0），由向量法能證明A₁C⊥平面EBD．
（2）設(shè)平面A₁B₁C的一個(gè)法向量為m=（x，y，z）則

A1B1 •m=0 B1C •m=0

，所以m=（0，2，1），由此能求出點(diǎn)A到平面A₁B₁C的距離．
（3）由m=（0，2，1），

ED

=(-1，0，-

1

2

)，設(shè)

ED

與m所成角為θ，由cosθ=

m• ED

|m|•| ED |

=-

1

5

，能求出直線ED與平面A₁B₁C所成角的正弦值．

解答： 解法一：
（1）證明：連接AC，則AC⊥DB，
∵AC是A₁C在平面ABCD內(nèi)的射影，∴A₁C⊥BD
又∵A₁B₁⊥平面B₁C₁BC，
且A₁C在平面B₁C₁BC內(nèi)的射影B₁C⊥BE
且BD∩BE=B，
∴A₁C⊥BE∴A₁C⊥平面EBD…（4分）
（2）解：∵AB平行于平面A₁B₁C，
所以點(diǎn)B到平面A₁B₁C的距離等于點(diǎn)A到平面A₁B₁C的距離
因?yàn)锽F⊥平面A₁B₁C
所以BF為所求距離，BF=

2×1

22+12

2 5

5

…（9分）
（3）解：連接DF，A₁D，
∵EF⊥B₁C，EF⊥A₁C，
∴EF⊥平面A₁B₁C，
∴∠EDF即為直線ED與平面A₁B₁C所成的角
由條件AB=BC=1，BB₁=2
可知B1C=

5

，BF=

2 5

5

，B1F=

4 5

5

，CF=

5

5

EF=

FC•BF

B1F

=

5

10

，EC=

FC•BB1

B1F

=

1

2

∴ED=

EC2+CD2

=

5

2

∴sin∠EDF=

EF

ED

=

1

5

…..（14分）
解法二：如圖建立空間直角坐標(biāo)系．
（1）證明：A(0，0，0，)，A1(0，0，2)，E(1，1，

1

2

)B（1，0，0），D（0，1，0），C（1，1，0）
∴

A1C

=(1，1，-2)，

BE

=(0，1，

1

2

)，

DE

=(1，0，

1

2

)
∵

A1C

•

BE

=1×0+1×1+(-2)×

1

2

=0，

A1C

•

DE

=1×1+1×0+(-2)×

1

2

=0
∴

A1C

⊥

BE

，

A1C

⊥

DE

，即A1C⊥BE，A1C⊥DE，
∵BE∩DE=E
所以A₁C⊥平面EBD．…（4分）
（2）解：設(shè)平面A₁B₁C的一個(gè)法向量為m=（x，y，z）
則

A1B1 •m=0 B1C •m=0

，
∴

x=0 y=2z

，
令z=1，得m=（0，2，1），
∵

AA1

=(0，0，2)，
所以，所求的距離為d=

| AA1 •m|

|m|

=

2

5

=

2

5

5

…（9分）

（3）解：由（2）知，m=（0，2，1），
∵

ED

=(-1，0，-

1

2

)，
∴設(shè)

ED

與m所成角為θ，
則cosθ=

m• ED

|m|•| ED |

=-

1

5

所以直線ED與平面A₁B₁C所成角的正弦值為

1

5

…．（14分）

點(diǎn)評(píng)：本題考查直線與平面垂直的證明、點(diǎn)到平面的距離和直線與平面所成角的正弦值的求法，考查空間思維能力，考查運(yùn)算求證能力，考查化歸轉(zhuǎn)化思想．對(duì)數(shù)學(xué)思維的要求比較高，有一定的探索性．綜合性強(qiáng)，難度大，易出錯(cuò)．