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如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,P是侧棱CC1上的一点,C...

如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,P是侧棱CC1上的一点,CP=m.
(1)求二面角C1-DB-C的正切值;
(2)试确定m,使得直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为3manfen5.com 满分网

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解法一(几何法)(1)连AC,设AC∩BD=O,连接OC,OC1,可得∠COC1即为二面角C1-DB-C的平面角,解Rt△COC1,即可得到二面角C1-DB-C的正切值. (2)设AP与面BDD1B1交于点G,连OG,可得∠AGO即为AP与面BDD1B1所成的角,解Rt△AOG,即可得到一个关于m的方程,解方程即可得到满足条件的m的值. 解法二(向量法)(1)建立如图所示的空间直角坐标系,分别求出平面C1DB和平面DBC的法向量,代入向量夹角公式,即可得到二面角C1-DB-C的正切值; (2)分别求出直线AP的方向向量与平面BDD1B1的法向量,根据根据直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为3,构造一个关于m的方程,解方程即可得到满足条件的m的值. 解法一(几何法): 【解析】 (1)如图,连AC,设AC∩BD=O,连接OC,OC1, 则AC⊥BD,CC1⊥BD, ∴BD⊥平面CC1O, ∴BD⊥CC1, 故∠COC1即为二面角C1-DB-C的平面角 在Rt△COC1中,CC1=1,CO= 则tan∠COC1== 故二面角C1-DB-C的正切值为 (2)设AP与面BDD1B1交于点G,连OG, 因为PC∥面BDD1B1,而BDD1B1∩面APC=OG, 故OG∥PC, 所以OG=PC=. 又AO⊥DB,AO⊥BB1, 所以AO⊥面BDD1B1, 故∠AGO即为AP与面BDD1B1所成的角 在Rt△AOG中,tan∠AGO==3 即m=. 故当m=时,直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为3. 解法二(向量法) 【解析】 (1)建立如图所示的空间直角坐标系,则A(1,0,0),B(1,1,0),P(0,1,m),C(0,1,0),D(0,0,0),B1(1,1,1),D1(0,0,1) 则=(0,0,1)为平面DBC一个法向量, 设=(x,y,z)为平面C1DB的一个法向量,则 即 则=(1,-1,1) 设二面角C1-DB-C的平面角为θ 则cosθ== 则sinθ=,tanθ= 即二面角C1-DB-C的正切值为 (2)∵=(-1,1,0),=(0,0,1), =(-1,1,m),=-1,1,0), 又由•=0,•=0知,为平面BB1D1D的一个法向量. 设AP与平面BB1D1D所成的角为θ, 则sinθ=cos(-θ)== 依题意有=, 解得m=, 故当m=时,直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为3.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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