【題目】如圖,三棱柱ABCA1B1C1的底面是邊長為4的正三角形,AA1⊥平面ABC,AA12,MA1B1的中點

(1)求證MCAB;

(2)在棱CC1上是否存在點P,使得MC⊥平面ABP?若存在,確定點P的位置若不存在說明理由

(3)若點PCC1的中點,求二面角BAPC的余弦值

【答案】(1)詳見解析(2)當點P為線段CC1的中點時,MC⊥平面ABP. 3

【解析】試題分析: 1)取AB中點O,連接OM,OC,證明AB⊥平面OMC,可得MCAB;(2)建立空間直角坐標系,設P02,t)(0≤t≤2),要使直線MC⊥平面ABP,只要 即可得出結(jié)論;(3)若點PCC1的中點,求出平面PAC的一個法向量、平面PAB的一個法向量,利用向量的夾角公式,即可求二面角B-AP-C的余弦值.

試題解析:

(1)證明AB的中點O,連接OMOC.

MA1B1中點,

OMA1A.A1A⊥平面ABC,

MO⊥平面ABC,

AB平面ABC,MOAB.

∵△ABC為正三角形,ABCO.

MOCOO,MOCO平面OMC,AB⊥平面OMC.

又∵MC平面OMCABMC.

(2)O為原點,,的方向分別為x、y、z軸的正方向,

建立空間直角坐標系,如圖

依題意O(0,0,0),A(2,0,0),B(2,0,0),C(0,2,0),M(0,0,2)

P(0,2,t)(0t2),

(0,2,-2)(4,0,0,)(0,2,t)

要使直線MC⊥平面ABP,只要

(2)22t0,解得t.

∴點P的坐標為(0,2,)

∴當點P為線段CC1的中點時MC⊥平面ABP.

(3)取線段AC的中點D,D的坐標為(1,,0),易知DB⊥平面A1ACC1,

(3,-,0)為平面PAC的一個法向量

又由(2)(0,2,-2)為平面PAB的一個法向量

設二面角BAPC的平面角為α,

|cosα|

.

∴二面角BAPC的余弦值為.

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