Question

如圖，在直三棱柱ABC-A₁B₁C₁中，AC⊥BC，AC=BC=CC₁，M是A₁B的中點(diǎn)．
（Ⅰ）在線段B₁C₁上是否存在一點(diǎn)N，使得MN⊥平面A₁BC？若存在，找出點(diǎn)N的位置幷證明；若不存在，請(qǐng)說明理由；
（Ⅱ）求平面A₁AB和平面A₁BC所成角的大小．

Answer 1

【答案】分析：（I）由直三棱柱ABC-A₁B₁C₁中，AC⊥BC，可以C為原點(diǎn)，CA、CB、CC₁所在直線分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)出N點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)MN⊥平面A₁BC，則•=0，•=0，構(gòu)造方程組，若方程組有解，則存在滿足條件點(diǎn)N，若方程組無解，則不存在滿足條件點(diǎn)N；
（II）分別求出平面A₁AB和平面A₁BC的法向量，代入向量夾角公式，求出平面A₁AB和平面A₁BC所成角的余弦值，進(jìn)而可以求出平面A₁AB和平面A₁BC所成角的．
解答：解：（Ⅰ）根據(jù)題意CA、CB、CC₁兩兩互相垂直
如圖：以C為原點(diǎn)，CA、CB、CC₁所在直線分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標(biāo)系
設(shè)AC=BC=CC₁=a，則A₁（a，0，a），，B（0，a，0），B₁（0，a，a），A（a，0，0），C₁（0，0，a），
假設(shè)在B₁C₁上存在一點(diǎn)N，使MN⊥平面A₁BC，設(shè)N（0，y，a）
所以=（a，-a，a），=（a，0，a），
由•=0，•=0，得：
∴N在線段B₁C₁的中點(diǎn)處（6分）
（Ⅱ）由（Ⅰ）知MN⊥平面A₁BC，則平面A₁BC的一個(gè)法向量為分
取AB中點(diǎn)D，連接CD，易證CD⊥平面A₁AB
∴可得面A₁AB的一個(gè)法向量（8分）

所以面A₁AB和面A₁BC所成的角為．（12分）
點(diǎn)評(píng)：本題考查的知識(shí)點(diǎn)是二面角的平面角及求法，直線與平面垂直的判定，其中建立適當(dāng)?shù)目臻g坐標(biāo)系，將空間線線垂直及面面夾角問題轉(zhuǎn)化為向量垂直和向量夾角問題是解答本題的關(guān)鍵．