Question

如圖，直三棱柱ABC-A₁B₁C₁，底面△ABC中，CA=CB=1，∠BCA=90°，棱AA₁=2，M、N分別為A₁B₁、A₁A的中點．
（Ⅰ）求cos＜

BA1

，

CB1

＞的值；
（Ⅱ）求證：BN⊥平面C₁MN；
（Ⅲ）求點B₁到平面C₁MN的距離．

Answer 1

（Ⅰ）以CA所在直線為x軸，以CB所在直線為y軸，以CC₁所在直線為z軸建立空間坐標系．
則A（1，0，0），B（0，1，0），A₁（1，0，2），B₁（0，1，2），C₁（0，0，2），M（

1

2

，

1

2

，2），
N（1，0，1），
∵

BA1

=（1，-1，2），

CB1

=（0，1，2）．
∴cos＜

BA1

，

CB1

＞=

BA1 • CB1

| BA1 |•| CB1 |

=

(1，-1，2)•(0，1，2)

6• 5

=

30

10

．
（Ⅱ）∵

BN

=（1，-1，1），

C1M

=（

1

2

，

1

2

，0），

C1N

=（1，0，-1），
∴

BN

•C1M

=

1

2

-

1

2

+0=0，

BN

•

C1N

=1-0-1=0，∴

BN

⊥

C1M

，

BN

⊥

C1N

，
∴BN⊥平面C₁MN．
（Ⅲ）設點B₁到平面C₁MN的距離為h，∵V_B1-C1MN=VN-C1MB1，
∴

1

3

×（

1

2

MN•MC₁）h=

1

3

×（

1

2

B₁M•C₁M） NA₁，
即

1

3

×（

1

2

1+ 2 4

•

2

2

）h=

1

3

×（

1

2

•

2

2

•

2

2

）×1，∴h=

3

3

．