如图 1,已知
ABCD 是上、下底边长分别为
2 和
6,高为
3 的等腰梯形,将它沿对称轴
OO1 折成直二面角,如图 2.
(1) 证明:
AC⊥BO1;
(2) 求二面角
O−AC−O1 的大小.
\begin{solution}
折叠后建立直角坐标系,取折痕
OO1 为
y 轴,使
O(0,0,0),
O1(0,3,0),
A(−3,0,0),
D(−1,3,0)
B(0,0,3),
C(0,3,1).
其中左、右两半分别位于两个互相垂直的平面内,且这些坐标保持了折叠前各边的长度.
\begin{enumerate}
\item 由坐标得
AC=(3,3,1),
BO1=(0,3,−3).
因此
AC⋅BO1=3−3=0
故
AC⊥BO1.
\item 平面
OAC 和平面
O1AC 的一个法向量分别为
n1=AO×AC=(0,−3,33),
n2=AO1×AC=(3,−3,0).
设二面角
O−AC−O1 的大小为
θ,则
cosθ=∣n1∣∣n2∣∣n1⋅n2∣=6⋅239=43
所以二面角
O−AC−O1 的大小为
arccos43.
\end{enumerate}
\end{solution}