证明:(1)∵CA=CB=1,棱AA 1=2,M、N分别是A 1B 1、A 1A的中点.
∴CA=AN=NA 1=A 1C 1=1,
又由AA 1⊥底面ABC,AA 1⊥底面A 1B 1C 1
∴ ∠ANC=∠ A 1 N C 1 =
π
4 …(1分),
∴ ∠CN C 1 =
π
2 ,
即C 1N⊥NC…(2分),
因为CA⊥CB,BC⊥CC 1,AC∩CC 1=C,
所以BC⊥平面CAA 1C 1…(3分),
又∵C 1N⊂平面CAA 1C 1,
∴BC⊥C 1N…(4分),
因为BC∩NC=C,
所以C 1N⊥平面BCN…(5分)
(2)(方法一)以C为原点,CA、CB、CC 1在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系…(6分),
则C(0,0,0)、C 1(0,0,2)、B 1(0,1,2)…(7分), M(
1
2 ,
1
2 ,2) 、N(1,0,1)…(8分),
C 1 M =(
1
2 ,
1
2 ,0) 、
C 1 N =(1,0,-1) 、
C B 1 =(0,1,2) …(9分),
设平面C 1MN的一个法向为
n =(a,b,c) ,则
n •
C 1 M =0
n •
C 1 N =0 …(10分),
即
a+b=0
a-c=0 ,取
n =(1,-1,1) …(11分),
所以 sinθ=|cos<
n ,
C B 1 >|=
|
n •
C B 1 |
|
n ||
C B 1 | =
15
15 …(13分).
(方法二)
A 1 M
A 1 N =
AN
AB =
2
2 , ∠BAN=∠N A 1 M=
π
2 , △BAN~△N A 1 M …(6分),
所以∠BNA=∠A 1MN, ∠MNB=
π
2 ,BN⊥MN…(7分),
由(1)知BN⊥C 1N,C 1N∩MN=N,所以BN⊥平面C 1MN…(8分).
延长B 1B到B 2,延长C 1C到C 2,使BB 2=CC 2=2,连接BC 2、NC 2…(9分),
在△NBC 2中, BN=
3 , B C 2 =
5 , N C 2 =
10 …(10分),
cos∠NB C 2 =
B N 2 +B C 2 2 -N C 2 2
2BN×B C 2 …(11分),
= -
15
15
BN是平面C 1MN的法向量,由所作知BC 2∥ B 1C,
从而 θ=∠NB C 2 -
π
2 ,所以 sinθ=-cos∠NB C 2 =
15
15 …(13分).