如圖,已知直四棱柱ABCDA1B1C1D1中,底面ABCD是直角梯形,∠DAB

=90°,ABDC,AB=2,AD=DC=1,AA1=2,EBC1的中點(diǎn).

(1)求證:AB1BC1;

(2)若F是棱DD1上的一點(diǎn),當(dāng)的值為多少時(shí),能使二面角F-AC-E為直二面角?請(qǐng)給出證明.

解法一:(1)證明:建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系Axyz,則依題設(shè)知

A(0,0,0),B(0,2,0),B1(0,2,),C1(1,1,),                                                       

=(0,2,),=(1,-1,).                                                                ?

·=(0,2,)·(1,-1,)?

=0×1+2×(-1)+ ×=0.                                                                                    ?

AB1BC1.                                                                                                          ?

(2)設(shè)F(1,0,A),∵C(1,1,0),E(,,),?

=(1,1,0),=(1,-1,0).?

=(,,)-(1,1,0)=(-,,),?

=(1,1,0)-(1,0,A)=(0,1,-A),?

·=(1,1,0)·(1,-1,0)=0,·=(1,1,0)·(-,,)=0,?

ACBC,ACCE.                                                                                                ?

若使二面角F-AC-E為直二面角,只需ECFC即可,這樣面FAC⊥面ACE.?

·=(0,1,-A)·(-,,)=-A,?

當(dāng)·=0時(shí),得A=,即F(1,0,),                                                      ?

故當(dāng)=1時(shí),二面角F-AC-E為直二面角.                                                           ?

解法二:(1)證明:∵AB=2,AC==,∠CAB=45°,                                 ?

易知∠ABC=45°,∴∠ACB=90°,故AC⊥面CBB1C1.??

又∵AA1=,BC=ABsin45°=,?

故四邊形CBB1C1為正方形.連結(jié)EB1,則B1CC1B.                                                  ?

由三垂線定理可得,AB1BC1.                                                                                 ?

(2)∵AC⊥面CBB1C1,?

B1CAC.若使二面角F-AC-E為直二面角,只需B1CFC即可,這樣面FAC⊥面ACB1.

?

連結(jié)A1B,A1C1,ACA1C1,∴A1C1⊥面CBB1C1.由三垂線定理可得,A1BCB1,當(dāng)F為棱DD1的中點(diǎn)時(shí),易證FCA1B,此時(shí)有CB1FC,故當(dāng)=1時(shí),二面角F-AC-E為直二面角.  

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