Question

已知長方體ABCD-A₁B₁C₁D₁中，A₁A=AB，E、F分別是BD₁和AD中點．
（1）求異面直線CD₁、EF所成的角；
（2）證明EF是異面直線AD和BD₁的公垂線．

Answer 1

（1）∵在平行四邊形BAD₁C₁中，
E也是AC₁的中點，∴EF∥C₁D，（2分）
∴兩相交直線D₁C與CD₁所成的角即異面直線CD₁與EF所成的角．（4分）
又A₁A=AB，長方體的側面ABB₁A₁，
CDD₁C₁都是正方形，∴D₁C⊥CD₁
∴異面直線CD₁、EF所成的角為90°．（7分）

（2）證：設AB=AA₁=a，∵D₁F=

a2+ AD2 4

=BF，
∴EF⊥BD₁．（9分）
由平行四邊形BAD₁C₁，知E也是AC₁的中點，
且點E是長方體ABCD-A₁B₁C₁D₁的對稱中心，（12分）
∴EA=ED，∴EF⊥AD，又EF⊥BD₁，
∴EF是異面直線BD₁與AD的公垂線．（14分）