解题思路:方法一(1)先做出辅助线,连接AC1与A1C交于点K,连接DK,根据要证明线与面平行,需要在面上找一条和已知直线平行的直线,找到的直线是DK.
(2)根据二面角D-CA1-C1与二面角D-CA1-A互补,做出辅助线,边做边证作GH⊥CA1,垂足为H,连接DH,则DH⊥CA1,得到∠DHG为二面角D-CA1-A的平面角,解出结果.
方法二(1)以BC的中点O为原点建系,根据要用的点的坐标,写出对应的向量的坐标,设出一个平面的法向量,求出法向量.根据法向量与已知直线的方向向量的数量积等于0,得到结论.
(2)以BC的中点O为原点建系,根据要用的点的坐标,写出对应的向量的坐标,设出一个平面的法向量,根据法向量与平面上的两个向量垂直且数量积等于0,得到一个法向量,另一个平面的法向量可以直接写出,根据两个平面的法向量所成的角的余弦值求出二面角的余弦值.
(方法一)(1)证明:如图一,连接AC1与A1C交于点K,连接DK.
在△ABC1中,D、K为中点,∴DK∥BC1.
又DK⊂平面DCA1,BC1⊄平面DCA1,
∴BC1∥平面DCA1
(2)二面角D-CA1-C1与二面角D-CA1-A互补.
如图二,作DG⊥AC,垂足为G,
又平面ABC⊥平面ACC1A1,∴DG⊥平面ACC1A1.
作GH⊥CA1,垂足为H,连接DH,则DH⊥CA1,
∴∠DHG为二面角D-CA1-A的平面角
设AB=BC=CA=AA1=2,
在等边△ABC中,D为中点,∴AG=
1
4AC,在正方形ACC1A1中,GH=
3
8AC1,
∴DG=
3
2,GH=
3
8×2
2=
3
4
2,∴DH=
30
4.
∴cos∠DHG=
GH
DH=
3
2
4
30
点评:
本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题;直线与平面平行的判定.
考点点评: 本小题主要考查立体几何的相关知识,具体涉及到线面的平行关系、二面角的求法及空间向量在立体几何中的应用,本题可以利用空间向量来解题从而降低了题目的难度.