Question

如图，在三棱柱ABC-A₁B₁C₁中，AB⊥AC，顶点A₁在底面ABC上的射影恰为B点，且AB=AC=A₁B=2．
（Ⅰ）分别求出AA₁与底面ABC，棱BC所成的角；
（Ⅱ）在棱B₁C₁上确定一点P，使，并求出二面角P-AB-A₁的平面角的余弦值．

Answer

（Ⅰ）确定∠A1AB就是AA1与底面ABC所成的角，即可求出AA1与底面ABC所成的角，建立空间直角坐标系，利用向量的夹角公式，可求AA1与棱BC所成的角；
（Ⅱ）确定P为棱B1C1的中点，求出平面P-AB-A1的法向量，利用向量的夹角公式，可求二面角P-AB-A1的平面角的余弦值．
【解析】
（Ⅰ）因为A1在底面ABC上的射影恰为B点，所以A1B⊥底面ABC．
所以∠A1AB就是AA1与底面ABC所成的角．
因AB=A1B=2，A1B⊥AB，故 ，
即AA1与底面ABC所成的角是．…（3分）
如图，以A为原点建立空间直角坐标系，则C（2，0，0），B（0，2，0），A1（0，2，2），B1（0，4，2），，．
则，
故AA1与棱BC所成的角是．…（7分）
（Ⅱ）设，则P（2λ，4-2λ，2）．
于是（舍去），
则P为棱B1C1的中点，其坐标为P（1，3，2）．…（9分）
设平面P-AB-A1的法向量为，则，
故．…（11分）
而平面ABA1的法向量是，
则，
故二面角P-AB-A1的平面角的余弦值是．…（14分）