Question

如图，直三棱柱ABC-A₁B₁C₁中，AB=4，AC=AA₁=2，∠BAC=60°．
（1）证明：A₁C⊥B₁C₁；
（2）求点B₁到平面A₁BC的距离；
（3）求二面角C₁-A₁B-C的大小．

Answer

（1）欲证A1C⊥B1C1，即证线面垂直，为了要证明线面垂直，即要证线线垂直，其中利用勾股定理证明AC⊥BC即可；
（2）利用空间向量的坐标法求解，先建立空间直角坐标系，设点的坐标，利用点B1到平面A1BC的距离公式求解；
（3）先求出平面A1BC1的一个法向量，再利用两个向量的夹角公式求解二面角C1-A1B-C的大小即可．
证明：（1）在△ABC中，BC2=16+4-2×4×2×cos60=12，（2分）
∵AB2=AC2+BC2，
∴AC⊥BC，
∵A1A⊥平面ABC，
∴A1C⊥BC，
∵B1C1∥BC，
∴A1C⊥B1C1．（4分）

（2）由（1）知，AC⊥BC．建立如图直角坐标系，
则A1（2，0，2），
易求得，平面A1BC的一个法向量，
∴点B1到平面A1BC的距离．（8分）
（3）可求得平面A1BC1的一个法向量，，
∴二面角C1-A1B-C的大小是．（12分）