在等腰梯形ABCD中,AD∥BC,AD=
BC,∠ABC=60°,N是BC的中点.将梯形ABCD绕AB旋转90°,得到梯形ABC′D′(如图).(Ⅰ)求证:AC⊥平面ABC′;
(Ⅱ)求证:C′N∥平面ADD′;
(Ⅲ)求二面角A-C′N-C的余弦值.在线课程(Ⅰ)证明:∵
,N是BC的中点
,∴AD=NC,又AD∥BC,
∴四边形ANCD是平行四边形,∴AN=DC.
又∵等腰梯形,∴AN=AB.
又∠ABC=60°,
∴△ABN是等边三角形.
∴
,∴△ABC是直角三角形,且∠BAC=90°.
∴AC⊥AB.
∵平面CBA⊥平面ABC,
∴AC⊥平面ABC′.
(Ⅱ)证明:∵AD∥BC,AD′∥BC′,
AD′∩AD=A,BC∩BC′=B,
∴平面ADD′∥平面BCC′,
∴C′N∥平面ADD′.
(Ⅲ)∵AC⊥平面ABC′,
同理AC′⊥平面ABC,建立如图如示坐标系
设AB=1,
则B(1,0,0),C
,
,
,则
,
.设平面C′NC的法向量为
,则
,即
,令z=1,则x=
,y=1,得
.∵AC′⊥平面ABC,∴平面C′AN⊥平面ABC.
又BD⊥AN,平面C′AN∩平面ABC=AN,
∴BD⊥平面C′AN,
设BD与AN交于点O,O则为AN的中点,O
.所以平面C′AN的法向量
. ∴
=
.由图形可知二面角A-C′N-C为钝角.
所以二面角A-C′N-C的余弦值为
.分析:(Ⅰ)由梯形的性质和N是BC的中点可得四边形ANCD是平行四边形,得到AN=DC;利用等腰梯形可得AN=AB,又∠ABC=60°,得到△ABN是等边三角形,于是AN=BN=NC,由出可得△ABC是直角三角形,即AC⊥AB,再利用面面垂直的性质即可得到结论;
(Ⅱ)由已知可得:AD∥BC,AD′∥BC′,利用面面平行的判定定理即可得出;
(Ⅲ)如图所示的空间直角坐标系,求出两个平面的法向量,利用法向量的夹角即可得到二面角的一余弦值.
点评:熟练掌握等腰梯形的性质、平行四边形的判定与性质、等边三角形及直角三角形的判定与性质、面面垂直与平行的判定及性质、通过建立空间直角坐标系利用法向量的夹角求空间角是解题的关键.