已知正四棱柱
ABCD−A1B1C1D1,
AB=1,
AA1=2,
E 为
CC1 中点,
F 为
BD1 中点.
(1) 证明:
EF 为
BD1 与
CC1 的公垂线;
(2) 求点
D1 到面
BDE 的距离.
\begin{solution}
建立空间直角坐标系,取
A 为原点,令
AB,
AD,
AA1 分别为三个坐标轴的正方向,则
A=(0,0,0),
B=(1,0,0),
C=(1,1,0),
D=(0,1,0),
A1=(0,0,2),
B1=(1,0,2),
C1=(1,1,2),
D1=(0,1,2).
由中点坐标公式,得
E=(1,1,1),
F=(21,21,1).
\begin{enumerate}
\item 直线
BD1 的一个方向向量为
(−1,1,2),直线
CC1 的一个方向向量为
(0,0,2),而
EF=(−21,−21,0)
于是
EF⋅(−1,1,2)=0,
EF⋅(0,0,2)=0.
又因为
F∈BD1,
E∈CC1,所以
EF 分别垂直于
BD1 和
CC1,并且与这两条直线相交,故
EF 是
BD1 与
CC1 的公垂线.
\item 平面
BDE 内有两个不共线向量
BD=(−1,1,0),
BE=(0,1,1).
取它们的向量积,得平面
BDE 的一个法向量
BD×BE=(1,1,−1)
所以平面
BDE 的方程为
x+y−z−1=0
点
D1=(0,1,2) 到平面
BDE 的距离为
12+12+(−1)2∣0+1−2−1∣=32=323
\end{enumerate}
\end{solution}