Question

如圖，在直四棱柱ABCD-A'B'C'D'中，底面ABCD為梯形，BC∥AD，，AD=2BC=2，直線AD與面ABB'A'所成角為45°．
（Ⅰ）求證：DB⊥面ABB'A'；
（Ⅱ）求證：AD'⊥B'C；
（Ⅲ）求二面角D-AB'-B的正切值．

Answer 1

解：（Ⅰ）證明：∵面ABD⊥面ABB'A'，∴直線AB為直線AD在面ABB'A'上的射影，
∴∠DAB=45°，由，AD=2知，
DB⊥AB，∴DB⊥面AB'A'
（Ⅱ）證明：取AD中點E，連接CE、A'E，
∵BC∥AD，AD=2BC，
∴BC∥AE且BC=AE，
∴EC∥AB∥A'B'且EC=A'B'，∴A'E∥B'C，
又直四棱柱ABCD-A'B'C'D'側面AA'D'D為矩形，
，
∠AA'E=∠AD'A'，∠AA'E+∠D'AA'=∠AD'A'+∠D'AA'=90°
∴AD'⊥A'E，∴AD'⊥B'C
（Ⅲ）∵DB⊥面ABB'A'且
過點B作BF⊥AB'交AB'于F，連接DF，
則AB'⊥面DBF，
∴AB'⊥DF，∠BFD為所求二面角的平面角，
又
∴，即二面角D-AB'-B的正切值為．
分析：（I）根據(jù)面與面垂直，得到直線AB為直線AD在面ABB'A'上的射影，得到∠DAB=45°，根據(jù)線與線垂直，做出線與面垂直．
（II）做出輔助線，取AD中點E，連接CE、A'E，得到線與線垂直，根據(jù)直四棱柱ABCD-A'B'C'D'側面AA'D'D為矩形，得到線與線垂直．
（III）首先做出二面角的平面角，過點B作BF⊥AB'交AB'于F，連接DF，得到AB'⊥面DBF，得到∠BFD為所求二面角的平面角，在可解的三角形中做出角的正切值．
點評：本題考查二面角的求法和線與面之間的關系，本題解題的關鍵是理解求二面角的三個環(huán)節(jié)，首先做出二面角的平面角，把平面角放到一個可解的三角形中，解出平面角．