解法(一):
(1)通过观察,根据三垂线定理易得:不管点E在AB的任何位置,D1E⊥A1D总是成立的.
(2)在立体几何中,求点到平面的距离是一个常见的题型,同时求直线到平面的距离、平行平面间的距离及多面体的体积也常转化为求点到平面的距离.本题可采用“等积法”:即利用三棱锥的换底法,通过体积计算得到点到平面的距离.本法具有设高不作高的特殊功效,减少了推理,但计算相对较为复杂.根据=既可以求得点E到面ACD1的距离.
(3)二面角的度量关键在于找出它的平面角,构造平面角常用的方法就是三垂线法.过D作DH⊥CE于H,连D1H、DE,则D1H⊥CE,
则∠DHD1为二面角D1-EC-D的平面角.
解法(二):
以D为坐标原点,直线DA,DC,DD1分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,设AE=x,则A1(1,0,1),D1(0,0,1),E(1,x,0),A(1,0,0)C(0,2,0).这种解法的好处就是:(1)解题过程中较少用到空间几何中判定线线、面面、线面相对位置的有关定理,因为这些可以用向量方法来解决.(2)即使立体感稍差一些的学生也可以顺利解出,因为只需画个草图以建立坐标系和观察有关点的位置即可.
(1).
(2)因为E为AB的中点,则E(1,1,0),从而,,设平面ACD1的法向量为,从而,所以点E到平面AD1C的距离为.
(3)设平面D1EC的法向量,可求得.,因为二面角D1-EC-D的大小为,所以根据余弦定理可得AE=时,二面角D1-EC-D的大小为.
解法(一):
(1)证明:∵AE⊥平面AA1DD1,A1D⊥AD1,∴A1D⊥D1E
(2)设点E到面ACD1的距离为h,在△ACD1中,AC=CD1=,AD1=,
故.∴,
∴,∴.
(3)过D作DH⊥CE于H,连D1H、DE,则D1H⊥CE,∴∠DHD1为二面角D1-EC-D的平面角.
设AE=x,则BE=2-x在Rt△D1DH中,∵,∴DH=1.
∵,∴在Rt△DHE中,EH=x,.
∴.
∴.
解法(二):
以D为坐标原点,直线DA,DC,DD1分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,设AE=x,则A1(1,0,1),D1(0,0,1),E(1,x,0),A(1,0,0)C(0,2,0)
(1).(2)因为E为AB的中点,则E(1,1,0),从而,,设平面ACD1的法向量为,
则也即,得,从而,所以点E到平面AD1C的距离为.
(3)设平面D1EC的法向量,
∴,
由令b=1,∴c=2,a=2-x,
∴.
依题意.
∴(不合,舍去),.
∴AE=时,二面角D1-EC-D的大小为.