在长方形ABCD-A1B1C1D1中,AD=AA1=1,AB=2,点E在棱AB上移动.

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  • 证明:(1).在矩形AA1D1D中,AD=AA1=1

    则矩形AA1D1D是正方形

    所以A1D⊥AD1

    又AB⊥平面AA1D1D,A1D在平面AA1D1D内

    则AB⊥A1D

    因为AB与AD1是平面ABC1D1内的两条相交直线

    所以由线面垂直的判定定理可得:

    A1D⊥平面ABC1D1

    因为D1E在平面ABC1D1内

    所以D1E⊥A1D

    (2).设点E到平面ACD1的距离为d

    则三棱锥D1-ACE的体积:

    V=1/3 *d*(S_△ACD1)=1/3 *DD1*(S_△ACE)

    即d=DD1*(S_△ACE)/(S_△ACD1)=(S_△ACE)/(S_△ACD1) (×)

    以下求△ACD1的面积

    作AD中点O,连结CO

    在长方体中,AD=AA1=1,AB=2

    易得面对角线AC=CD1=√5,AD1=√2

    则AO=OD=√2/2,所以:

    CO⊥AD1且由勾股定理得:CO=√(5-1/2)=(3√2)/2

    所以S_△ACD1=1/2 *AD1*CO=1/2 *√2*(3√2)/2=3/2

    又S_△ACE=1/2 *BC*AE=1/2 *1*1=1/2

    则由上述(×)式可得:

    d=(S_△ACE)/(S_△ACD1) =(1/2)/(3/2)=1/3

    即当E为AB的中点时,求点E到平面ACD1的距离为1/3

    (3).过点D作DP⊥CE,垂足为P,连结D1P,DE

    因为D1D⊥平面ABCD,所以D1P在平面ABCD内的射影是DP

    又在平面ABCD内DP⊥CE

    则由三垂线定理可得 :D1P⊥CE

    所以∠DPD1就是二面角D1-EC-D的平面角

    二面角D1-EC-D的大小为45°,即∠DPD1=45°

    易知△DD1P是等腰直角三角形

    所以DP=DD1=AD=1

    又DE是Rt△DAE和Rt△DPE的公共边

    所以Rt△DAE≌Rt△DPE (HL)

    则AE=PE

    令AE=PE=a

    则BE=AB-AE=2-a

    由勾股定理:CE= √(BE²+BC²)=√[(2-a)²+1]

    在Rt△DPC中,CD=2,DP=1,则CP=√3

    因为CE=CP+PE

    所以√[(2-a)²+1]=√3 +a

    即(2-a)²+1=(√3 +a)²

    4-4a+a²+1=3+2√3*a+a²

    2(2+√3)a=2

    解得a=2-√3

    所以AE为2-√3时,二面角D1-EC-D的大小为45°