Question

在棱長為4的正方體ABCD-A₁B₁C₁D₁中，O是正方形A₁B₁C₁D₁的中心，點P在棱CC₁上，且CC₁=4CP.

（1）求直線AP與平面BCC₁B₁所成的角的大小；

（2）設O點在平面D₁AP上的射影是H，求證D₁H⊥AP；

（3）求點P到平面ABD₁的距離.

Answer 1

（1）解析：連接BP，AB⊥平面BCC₁B₁，BP平面BCC₁B₁，

∴AB⊥BP，α為所求的角的平面角，在?Rt△ABP中，

BP=，

tanα=，

∴α=arctan.

（2）證明：連接D₁B₁，A₁C₁，D₁B₁⊥A₁C₁，D₁B₁⊥A₁A，

∴D₁B₁⊥平面A₁APC₁.AP平面A₁APC₁，∴D₁B₁⊥AP，

又O在平面D₁AP上的射影是H，

∴OH⊥平面D₁AP.

AP平面D₁AP，即OH⊥AP，得到AP⊥平面D₁OH，D₁H平面D₁OH,

∴AP⊥D₁H.

（3）解析：在平面CC₁D₁D上作PN∥CD，CD∥AB，得PN∥AB，

∴PN∥平面ABD₁.

要求P點到平面ABD₁的距離，即是求N點到平面ABD₁的距離，過N點作NM⊥AD₁，垂足為M.

在△ADD₁中，AD₁=4，ND₁=3，

∴.

∴點P到平面ABD₁的距離是.