基础题
已知正方体 $ABCD-A_1B_1C_1D_1$,求异面直线 $AB_1$ 与 $BC_1$ 所成角。
变式
若上述正方体中,点 $P$ 在棱 $CC_1$ 上运动,求二面角 $A-BD-P$ 的大小。
看解答过程1. 建系:以 $D$ 为原点,$DA, DC, DD_1$ 为 $x,y,z$ 轴建立空间直角坐标系。(得分点1:建系合理,1分)
2. 坐标:设棱长为1,则 $A(1,0,0), B_1(0,1,1), B(1,1,0), C_1(0,1,1)$。(得分点2:坐标正确,2分)
3. 向量:$\vec{AB_1} = (-1, 1, 1)$,$\vec{BC_1} = (-1, 0, 1)$。(得分点3:向量计算正确,1分)
4. 公式:$\cos\theta = \frac{|\vec{AB_1} \cdot \vec{BC_1}|}{|\vec{AB_1}| |\vec{BC_1}|} = \frac{|1+0+1|}{\sqrt{3}\cdot\sqrt{2}} = \frac{2}{\sqrt{6}} = \frac{\sqrt{6}}{3}$。(得分点4:公式及计算正确,2分)
5. 结论:所以异面直线所成角为 $\arccos\frac{\sqrt{6}}{3}$。(得分点5:结论完整,1分)