Question

在如圖所示的幾何體中，四邊形ACC₁A₁是矩形，F(xiàn)C₁∥BC，EF∥A₁C₁，∠BCC₁=90°，點A、B、E、A₁在一個平面內(nèi)，AB=BC=CC₁=2，．
（1）證明：A₁E∥AB；
（2）若A₁E=C₁F=1，求平面BEF與平面ABC所成夾角的正切值．

Answer 1

【答案】分析：（1）由已知，可得A₁C₁∥平面ABC，F(xiàn)C₁∥平面ABC，可由面面平行的判定定理可得平面A₁EFC₁∥平面ABC，進(jìn)而由面面平行的性質(zhì)定理可得A₁E∥AB；
（2）建立空間直角坐標(biāo)系，分別求出平面BEF與平面ABC的法向量，利用向量法求出兩面角的余弦值，進(jìn)而根據(jù)同角三角函數(shù)關(guān)系求出答案．
解答：證明：（1）∵四邊形ACC₁A₁是矩形，
∴AC∥A₁C₁，AC?平面ABC
∴A₁C₁∥平面ABC
∵FC₁∥BC，BC?平面ABC
∴FC₁∥平面ABC
∵A₁C₁，F(xiàn)C₁?平面A₁EFC₁，且A₁C₁∩FC₁=C₁，
∴平面A₁EFC₁∥平面ABC
又∵平面ABEA₁現(xiàn)平面A₁EFC₁，平面ABC交線分別為平面A₁E、AB
∴A₁E∥AB；…6分
解：（2）∵四邊形ACC₁A₁是矩形，
∴AA₁∥CC₁，
又∵∠BCC₁=90°，即CC₁⊥BC₁，
∴AA₁⊥BC
∵AB=BC=2，AC=2
∴AB²+BC²=AC²，
∴∠ABC=90°，即BC⊥AB
又∵AB、AA₁?平面ABEA₁，
∴BC⊥平面ABEA₁，而BC?平面CC₁FB
∴平面CC₁FB⊥平面ABEA₁，
∵AA₁⊥AC，AA₁⊥BC
∴AA₁⊥平面ABC，CC₁⊥平面ABC…8分
如圖建立空間直角坐標(biāo)系，
則=（0，0，2）為平面ABC的一個法向量，…9分
設(shè)平面BEF的法向量=（x，y，z）
∵A₁E=C₁F=1，
∴E（1，0，2），F(xiàn)（0，1，2）
∴=（1，0，2），=（0，1，2）
則，即
令x=2，則=（2，2，-1）即為平面BEF的法向量…10分
設(shè)平面BEF與平面ABC所成夾角為θ
則cosθ==…11分
則sinθ=，tanθ=2…12分
點評：本題考查的知識點是空間中直線與直線之間的位置關(guān)系，平面與平面平等的判定及性質(zhì)，向量法求二面角，其中（1）中關(guān)鍵是熟練掌握面面平行，線面平面與線線平行之間的相互轉(zhuǎn)化，（2）的關(guān)鍵是建立空間坐標(biāo)系，將問題轉(zhuǎn)化為空間向量問題．