解题思路:法一:(Ⅰ)要证A1C⊥平面BED,只需证明A1C与平面BED内两条相交直线BD,EF都垂直;(Ⅱ)作GH⊥DE,垂足为H,连接A1H,说明∠A1HG是二面角A1-DE-B的平面角,然后解三角形,求二面角A1-DE-B的大小.法二:建立空间直角坐标系,(Ⅰ)求出A1C•DB=0,A1C•DE=0,证明A1C⊥平面DBE.(Ⅱ)求出 平面DA1E和平面DEB的法向量,求二者的数量积可求二面角A1-DE-B的大小.
解法一:
依题设知AB=2,CE=1.
(Ⅰ)连接AC交BD于点F,则BD⊥AC.
由三垂线定理知,BD⊥A1C.(3分)
在平面A1CA内,连接EF交A1C于点G,
由于
AA1
FC=
AC
CE=2
2,
故Rt△A1AC∽Rt△FCE,∠AA1C=∠CFE,∠CFE与∠FCA1互余.
于是A1C⊥EF.A1C与平面BED内两条相交直线BD,EF都垂直,
所以A1C⊥平面BED.(6分)
(Ⅱ)作GH⊥DE,垂足为H,连接A1H.由三垂线定理知A1H⊥DE,
故∠A1HG是二面角A1-DE-B的平面角.(8分)
EF=
CF2+CE2=
3,CG=
CE×CF
EF=
2
3,EG=
CE2−CG2=
3
3.[EG/EF=
1
3],GH=
1
3×
EF×FD
DE=
2
15.
又A1C=
A
A21+AC2=2
6,A1G=A1C−CG=
5
6
3.tan∠A1HG=
A1G
HG=5
5.
所以二面角A1-DE-B的大小为arctan5
5.((12分))
解法二:
以D为坐标原点,射线DA为x轴的正半轴,
建立如图所示直角坐标系D-xyz.
依题设,B(2,2,0),C(0,2,0),E(0,2,1),A1(2,0,4).
DE=(0,2,1),
DB=(2,2,0),
A1C=(−2,2,−4),
DA1=(2,0,4).(3分)
(Ⅰ)因为
A1C•
DB=0,
A1C•
DE=0,
故A1C⊥BD,A1C⊥DE.
又DB∩DE=D,
所以A1C⊥平面DBE.(6分)
(Ⅱ)设向量
n=(x,y,z)是平面DA1E的法向量,则n⊥
DE,n⊥
DA1.
故2y+z=0,2x+4z=0.
令y=1,则z=-2,x=4,
n=(4,1,-2).(9分)<
n,
A1C>等于二面角A1-DE-B的平面角,cos<
n,
A1C=>
n•
A1C
|
n||
A1C|=
14
42
所以二面角A1-DE-B的大小为arccos
14
42.(12分)
点评:
本题考点: 直线与平面垂直的判定;与二面角有关的立体几何综合题.
考点点评: 本题考查直线与平面垂直的判定,二面角的求法,考查空间想象能力,逻辑思维能力,是中档题.