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.