如图,正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=4,点E在CC1上且C1E=3EC.
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解题思路:法一:(Ⅰ)要证A1C⊥平面BED,只需证明A1C与平面BED内两条相交直线BD,EF都垂直;(Ⅱ)作GH⊥DE,垂足为H,连接A1H,说明∠A1HG是二面角A1-DE-B的平面角,然后解三角形,求二面角A1-DE-B的大小.法二:建立空间直角坐标系,(Ⅰ)求出A1C•DB=0,A1C•DE=0,证明A1C⊥平面DBE.(Ⅱ)求出 平面DA1E和平面DEB的法向量,求二者的数量积可求二面角A1-DE-B的大小.

解法一:

依题设知AB=2,CE=1.

(Ⅰ)连接AC交BD于点F,则BD⊥AC.

由三垂线定理知,BD⊥A1C.(3分)

在平面A1CA内,连接EF交A1C于点G,

由于

AA1

FC=

AC

CE=2

2,

故Rt△A1AC∽Rt△FCE,∠AA1C=∠CFE,∠CFE与∠FCA1互余.

于是A1C⊥EF.A1C与平面BED内两条相交直线BD,EF都垂直,

所以A1C⊥平面BED.(6分)

(Ⅱ)作GH⊥DE,垂足为H,连接A1H.由三垂线定理知A1H⊥DE,

故∠A1HG是二面角A1-DE-B的平面角.(8分)

EF=

CF2+CE2=

3,CG=

CE×CF

EF=

2

3,EG=

CE2−CG2=

3

3.[EG/EF=

1

3],GH=

1

EF×FD

DE=

2

15.

又A1C=

A

A21+AC2=2

6,A1G=A1C−CG=

5

6

3.tan∠A1HG=

A1G

HG=5

5.

所以二面角A1-DE-B的大小为arctan5

5.((12分))

解法二:

以D为坐标原点,射线DA为x轴的正半轴,

建立如图所示直角坐标系D-xyz.

依题设,B(2,2,0),C(0,2,0),E(0,2,1),A1(2,0,4).

DE=(0,2,1),

DB=(2,2,0),

A1C=(−2,2,−4),

DA1=(2,0,4).(3分)

(Ⅰ)因为

A1C•

DB=0,

A1C•

DE=0,

故A1C⊥BD,A1C⊥DE.

又DB∩DE=D,

所以A1C⊥平面DBE.(6分)

(Ⅱ)设向量

n=(x,y,z)是平面DA1E的法向量,则n⊥

DE,n⊥

DA1.

故2y+z=0,2x+4z=0.

令y=1,则z=-2,x=4,

n=(4,1,-2).(9分)<

n,

A1C>等于二面角A1-DE-B的平面角,cos<

n,

A1C=>

n•

A1C

|

n||

A1C|=

14

42

所以二面角A1-DE-B的大小为arccos

14

42.(12分)

点评:

本题考点: 直线与平面垂直的判定;与二面角有关的立体几何综合题.

考点点评: 本题考查直线与平面垂直的判定,二面角的求法,考查空间想象能力,逻辑思维能力,是中档题.