Question

如圖，已知三棱柱ABC－A₁B₁C₁的所有棱長(zhǎng)都相等，且側(cè)棱垂直于底面，由
B沿棱柱側(cè)面經(jīng)過(guò)棱C C₁到點(diǎn)A₁的最短路線(xiàn)長(zhǎng)為,設(shè)這條最短路線(xiàn)與CC₁的交
點(diǎn)為D．
（1）求三棱柱ABC－A₁B₁C₁的體積；
（2）在平面A₁BD內(nèi)是否存在過(guò)點(diǎn)D的直線(xiàn)與平面ABC平行？證明你的判斷；
（3）證明：平面A₁BD⊥平面A₁ABB₁．

Answer 1

(1)  (2)在平面A₁BD內(nèi)存在過(guò)點(diǎn)D的直線(xiàn)與平面ABC平行  
(3)證明見(jiàn)解析

(1)如圖，將側(cè)面BB₁C₁C繞棱CC₁旋轉(zhuǎn)120°使其與側(cè)面AA₁C₁C在同一平面上，點(diǎn)B運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)B₂的位置，連接A₁B₂，則A₁B₂就是由點(diǎn)B沿棱柱側(cè)面經(jīng)過(guò)棱CC₁到點(diǎn)A₁的最短路線(xiàn)。                                            ……………………………………1分
設(shè)棱柱的棱長(zhǎng)為，則B₂C=AC=AA₁＝,
∵CD∥AA₁∴D為CC₁的中點(diǎn)，……………………………2分
在Rt△A₁AB₂中，由勾股定理得，
即　解得，……………………4分
∵∴ ……………………………………6分
(2)設(shè)A₁B與AB₁的交點(diǎn)為O,連結(jié)BB₂,OD，則……………………………7分
∵平面，平面 ∴平面，
即在平面A₁BD內(nèi)存在過(guò)點(diǎn)D的直線(xiàn)與平面ABC平行   ……………………………9分
(3)連結(jié)AD,B₁D∵≌≌
∴  ∴……………………………11分
　∵    ∴平面A₁ABB₁     ……………………………13分
又∵平面A₁BD   ∴平面A₁BD⊥平面A₁ABB₁  ……………………………………14分