Question

如圖，已知矩形AA₁B₁B中，AA₁=2，AB=1，若矩形AA₁C₁C是矩形AA₁B₁B繞AA₁旋轉而成，記二面角B-AA₁-C的大小為θ，θ∈（0，π），E是BC的中點．
（1）求證：無論θ為何值，A₁C∥平面AEB₁；
（2）求直線AB與平面ACB₁所成角的正弦值的取值范圍．

Answer 1

解：（1）取B₁C₁中點F，連接EF，A₁F，
∵FE∥AA₁，F(xiàn)E=AA₁，∴FEAA₁為平行四邊形，∴A₁F∥AE，
∵A₁F?面AEB₁，∴A₁F∥面AEB₁，
又CF∥B₁E，CF=B₁E，CF?面AEB₁，
∴CF∥面AEB₁，∴面A₁CF∥面AEB₁，
∴A₁C∥面AEB₁．
（2）∵AC⊥AA₁，AB⊥AA₁，∴∠CAB=θ，，如圖，建立空間直角坐標系，
∴E（0，0，0），A（0，cos，0），B（sin，0，0），C（-sin，0，0），B₁（sin，0，2），
∴=（sin，-cos，0），=（-sin，-cos，0），═（2sin，0，2），
設平面ACB₁的法向量=（x，y，z），
則-xsin-ycos=0，2xsin+2z=0，
=（cos，-sin，-sincos）=（cos，-sin，-sinθ），
∴cos＜，＞==∈（0，]，
所以直線AB與平面ACB₁所成角的正弦值的取值范圍為（0，]．
分析：（1）取B₁C₁中點F，連接EF，A₁F，要證明A₁C∥平面AEB₁，只需證明面A₁CF∥面AEB₁，進而轉化為線面平行即可；
（2）向量法：建立空間直角坐標系，轉化為求平面ACB₁的法向量與向量的夾角余弦值解決．
點評：本題考查線面平行的判定、線面角的求解以及面面平行的性質，考查空間向量的坐標運算，考查學生分析問題解決問題的能力．