解题思路:方法一:
(1)在正三棱柱中,易证明BB1⊥平面ABC及AD⊥BD,根据三垂线定理可知:AD⊥B1D
(2)根据直线与平面平行的判定定理可知,只要在平面AB1D里面找到一条直线与A1C平行即可,因为D为BC中点,所以构造平行线的时候可以考虑一下构造“中位线”,连接A1B,设A1B∩AB1=E,连接DE,所以DE∥A1C.
(3)二面角的度量关键在于找出它的平面角,构造平面角常用的方法就是三垂线法.在面ABC内作DF⊥AB于点F,由平面A1ABB1⊥平面ABC可知:DF⊥平面A1ABB1
方法二:
因为DC、DA及三棱柱为正三棱柱可知,我们可以建立空间直角坐标系D-xyz,这种解法的好处就是:(1)解题过程中较少用到空间几何中判定线线、面面、线面相对位置的有关定理,因为这些可以用向量方法来解决.(2)即使立体感稍差一些的学生也可以顺利解出,因为只需画个草图以建立坐标系和观察有关点的位置即可.
法一(Ⅰ)证明:∵ABC-A1B1C1是正三棱柱,
∴BB1⊥平面ABC,
∴BD是B1D在平面ABC上的射影
在正△ABC中,∵D是BC的中点,
∴AD⊥BD,
根据三垂线定理得,AD⊥B1D.
(Ⅱ)连接A1B,设A1B∩AB1=E,连接DE.
∵AA1=AB∴四边形A1ABB1是正方形,
∴E是A1B的中点,
又D是BC的中点,
∴DE∥A1C.(7分)
∵DE⊂平面AB1D,A1C⊄平面AB1D,
∴A1C∥平面AB1D.(9分)
(Ⅲ)在面ABC内作DF⊥AB于点F,在面A1ABB1内作FG⊥AB1于点G,连接DG.
∵平面A1ABB1⊥平面ABC,∴DF⊥平面A1ABB1,
∴FG是DG在平面A1ABB1上的射影,∵FG⊥AB1,∴DG⊥AB1
∴∠FGD是二面角B-AB1-D的平面角(12分)
设A1A=AB=1,在正△ABC中,DF=
3
4.
在△ABE中,FG=[3/4]•BE=
3
2
8,
在Rt△DFG中,tanFGD=
DF
FG=
6
3,
所以,二面角B-AB1-D的大小为arctan
6
3.(14分)
解法二:
建立空间直角坐标系D-xyz,如图,
则D(0,0,0),A(0,
3
2,0),B1(−
1
2,0,1).
证明:∵
点评:
本题考点: 直线与平面平行的判定;与二面角有关的立体几何综合题.
考点点评: 本小题主要考查空间线面关系、二面角的度量等知识,考查数形结合、化归与转化的数学思想方法,以及空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力