【題目】如圖,四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1的所有棱長都相等,AC∩BD=O,
A1C1∩B1D1=O1 , 四邊形ACC1A1和四邊形BDD1B1均為矩形.
(1)證明:O1O⊥底面ABCD;
(2)若∠CBA=60°,求二面角C1﹣OB1﹣D的余弦值.
【答案】
(1)證明:∵四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1的所有棱長都相等,
∴四邊形ABCD為菱形,
又∵AC∩BD=O,
故O為BD的中點(diǎn),
同理O1也是B1D1的中點(diǎn),
又∵四邊形ACC1A1和四邊形BDD1B1均為矩形,
∴O1O∥CC1∥BB1且CC1⊥AC,BB1⊥BD,
∴OO1⊥AC,OO1⊥BD,
又∵AC∩BD=O,AC,BD平面ABCD,
∴O1O⊥底面ABCD;
(2)解:設(shè)四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1的所有棱長均相等,所以四邊形ABCD是菱形,
∴AC⊥BD,
又∵O1O⊥底面ABCD,
∴OB,OC,OO1兩兩垂直,
如圖,以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),OB,OC,OO1所在直線分別為x軸,y軸,z軸建立直角坐標(biāo)系O﹣xyz.
設(shè)AB=2,
∵∠CBA=60°,
∴OA=OC=1,OB=OD= ,
則O(0,0,0),B1( ),C1(0,1,2)
易知, =(0,1,0)是平面BDD1B1的一個(gè)法向量,
設(shè) =(x,y,z)是平面OB1C1的一個(gè)法向量,則 ,即
取z=﹣ ,則x=2,y=2 ,所以 =(2,2 ,﹣ )
設(shè)二面角C1﹣OB1﹣D的大小為θ,易知θ是銳角,于是:
cosθ=|cos< , >|=| |= = ,
故二面角C1﹣OB1﹣D的余弦值為 .
【解析】(1)由已知中,四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1的所有棱長都相等,AC∩BD=O,A1C1∩B1D1=O1 , 四邊形ACC1A1和四邊形BDD1B1均為矩形.可得O1O∥CC1∥BB1且CC1⊥AC,BB1⊥BD,進(jìn)而OO1⊥AC,OO1⊥BD,再由線面垂直的判定定理得到O1O⊥底面ABCD;(2)設(shè)四棱柱ABCD﹣A1B1C1span>D1的所有棱長均為2a,設(shè)AB為2,若∠CBA=60°,OA=OC=1,OB=OD= ,以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),分別以O(shè)B,OC,OO1為x,y,z軸正方向建立空間直角坐標(biāo)系,求出平面BDD1B1和平面OB1C1的法向量,代入向量夾角公式,求出二面角的余弦值.
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解直線與平面垂直的判定的相關(guān)知識(shí),掌握一條直線與一個(gè)平面內(nèi)的兩條相交直線都垂直,則該直線與此平面垂直;注意點(diǎn):a)定理中的“兩條相交直線”這一條件不可忽視;b)定理體現(xiàn)了“直線與平面垂直”與“直線與直線垂直”互相轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)思想.
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(2)記為甲、乙、丙三名大學(xué)生中過關(guān)的人數(shù),求隨機(jī)變量的分布列和數(shù)學(xué)期望.
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(1)求的值;
(2)現(xiàn)用分層抽樣的方法在全校抽取48名學(xué)生,問應(yīng)該在高三年級(jí)抽取多少名?
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