Question

如圖，三棱柱ABC-A₁B₁C₁的底面是邊長(zhǎng)為a的正三角形，側(cè)面ABB₁A₁是菱形且垂直于底面，∠A₁AB=60°，M是A₁B₁的中點(diǎn)．
（1）求證：BM⊥AC；
（2）求二面角B-B₁C₁-A₁的正切值；
（3）求三棱錐M-A₁CB的體積．

Answer 1

解：（1）∵側(cè)面ABB₁A₁是菱形，∠A₁AB=60°，M是A₁B₁的中點(diǎn)，
∴△BA₁B₁是等邊三角形，BM⊥A₁B₁ ．
再由面ABB₁A₁垂直于底面，可得BM⊥面 A₁B₁C₁ ．
故BM⊥面ABC，∴BM⊥AC．
（2）作MN⊥B₁C₁ ，由三垂線定理可得BN⊥B₁C₁ ，故∠MNB為二面角B-B₁C₁-A₁的平面角．
MN=BMsin60°==，BM=BB₁sin60°=．
Rt△MNB中，tan∠MNB==2．
所求二面角的正切值是2．
（3）三棱錐M-A₁CB的體積 V_M-A1CB=V_C-A1MB=，
而h是點(diǎn)C到面A₁BM的距離，即等邊三角形ABC的高為，
∴三棱錐M-A₁CB的體積為 =．
分析：（1）根據(jù)△BA₁B₁是等邊三角形，BM⊥A₁B₁ ，面ABB₁A₁垂直于底面，可得BM⊥面 A₁B₁C₁ ，從而得到BM⊥面ABC，
BM⊥AC．
（2）作MN⊥B₁C₁ ，證明∠MNB為二面角B-B₁C₁-A₁的平面角，由Rt△MNB中，tan∠MNB=，運(yùn)算求得結(jié)果．
（3）三棱錐M-A₁CB的體積 V_M-A1CB=V_C-A1MB=，把點(diǎn)C到面A₁BM的距離h即等邊
三角形ABC的高，代入公式運(yùn)算求得結(jié)果．
點(diǎn)評(píng)：本題考查證明線線垂直的方法，求二面角的大小的方法，求棱錐的體積，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)思想，找出二面角的平面角并
求出棱錐的高，是解題的關(guān)鍵和難點(diǎn)．