Question

如圖，在體積為1的三棱柱ABC-A₁B₁C₁中，側(cè)棱AA₁⊥底面ABC，AC⊥AB，AC=AA₁=1，P為線段AB上的動點．
（1）求證：CA₁⊥C₁P；
（2）求CA₁與平面AB₁C₁所成的角的正弦值．

Answer 1

分析：（1）由已知中側(cè)棱AA₁⊥底面ABC，AC⊥AB，AC=AA₁=1，結(jié)合直三棱錐的性質(zhì)及正方形的性質(zhì)，可得AP⊥CA₁，CA₁⊥AC₁，由線面垂直的判定定理可得CA₁⊥平面AC₁P，再由線面垂直的性質(zhì)，可得CA₁⊥C₁P
（2）由已知中三棱柱ABC-A₁B₁C₁體積為1，可得AB=2，以AA₁，A₁B₁，A₁C₁分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標系，分別求出平面AB₁C₁的法向量和直線CA₁的方向向量，代入向量夾角公式，即可得到CA₁與平面AB₁C₁所成的角的正弦值．

解答：證明：（1）∵側(cè)棱AA₁⊥底面ABC
AA₁⊥AB，又AC⊥AB，
∴AB⊥平面AA₁C₁C，即AP⊥平面AA₁C₁C，
∴AP⊥CA₁，又AC=AA₁=1，所以四邊形AA₁C₁C是正方形，
∴CA₁⊥AC₁，從而CA₁⊥平面AC₁P，
又C₁P?平面AC₁P
∴CA₁⊥C₁P
解：（2）因為三棱柱ABC-A₁B₁C₁體積為1，即V=S_△ABC×AA₁=

1

2

AB×1×1=1，
∴AB=2、
以AA₁，A₁B₁，A₁C₁分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標系，則由題設(shè)條件得
A（1，0，0），B₁（0，2，0），C₁（0，0，1），C（1，0，1），

C1A

=（1，0，-1），

B1A

=（1，-2，0），設(shè)平面AB₁C₁的法向量

n

=（x，y，z），則

x-z=0 x-2y=0

，
令x=1，則平面AB₁C₁的法向量

n

=（1，

1

2

，1），又

C1A

=（1，0，-1），
所以cos＜

n

•

C1A

＞=

2 2

3

，
即CA₁與平面AB₁C₁所成的角的正弦值為

2 2

3

點評：本題考查的知識點是直線與平面所成的角，直線與平面垂直的判定與性質(zhì)，其中（1）的關(guān)鍵是熟練掌握空間直線與直線，直線與平面垂直的相互轉(zhuǎn)化，（2）的關(guān)鍵是建立坐標系，求出直線的方向向量和平面的法向量，將線面夾角問題轉(zhuǎn)化為空間向量夾角問題．