分析:(1)把矩形沿BB1將矩形BCC1B1折起,得到的是直三棱柱,根據(jù)AC長度一定,所以當(dāng)B是AC中點時,|AB||BC|最大,在此基礎(chǔ)上,AB和BC垂直時底面積最大,則棱柱體積最大;
(2)在(1)的條件下,直三棱柱的底面是等腰直角三角形,D為斜邊AC的中點,能征得BD⊥AC1,然后通過解三角形求出以AC1⊥A1D,利用線面垂直的判定使問題得證;
(3)由(2)可知∠A1DE為二面角A1-BD-E所成的平面角,在三角形A1DE中,求出三邊后即可得到二面角A1-BD-E的大。
解答:(1)解:依題意,三棱柱ABC-A
1B
1C
1為直三棱柱,其體積V=S
△ABC×AA
1.
而
S△ABC=|AB||BC|sin∠ABC.
因為|AB|+|BC|為定值,所以當(dāng)|AB|=|AC|時,|AB||BC|最大.
要使體積最大,即△ABC面積最大,只有當(dāng)∠ABC=90°時,面積最大.
此時
S=×2×2=2.
所以三棱柱體積的最大值為2×2=4;
(2)證明:滿足(1)時,直三棱柱的底面是等腰直角三角形,D為斜邊AC的中點,
則
tan∠AA1D==,
tan∠CAC1===則∠AA
1D=∠CAC
1那么∠CAC
1+∠ADA
1=∠AA
1D+∠ADA
1=90°,所以AC
1⊥A
1D
又BD⊥AC,面ACC
1A
1⊥面ABC,所以BD⊥面ACC
1A
1,而AC
1?面ACC
1A
1,
所以AC
1⊥BD,又A
1D∩BD=D.所以AC
1⊥平面A
1BD
(3)解:由(2)知∠A
1DE為二面角A
1-BD-E所成的平面角.
A1D===,
DE===,
A1E===3.
在三角形A
1DE中,
A1D2+DE2=A1E2,則∠A
1DE=90°
所以二面角A
1-BD-E的大小為90°.
點評:本題考查了柱錐體的體積,考查了線面垂直的判定,考查了二面角平面角的求法,綜合考查了學(xué)生的空間想象能力和思維能力,解答此題的關(guān)鍵是明確何時直三棱柱的底面積最大,這是學(xué)生不易想到的地方,是該題的難點所在,利用角的關(guān)系證明兩線垂直也是該題的一個亮點.此題屬中檔題.