题目内容

(19)在三棱锥SABC中,△ABC是边长为4的正三角形, 平面SAC⊥平面ABC,SA=SC=2,MN分别为ABSB的中点.

(Ⅰ)证明:ACSB;

(Ⅱ)求二面角NCMB的大小;

(Ⅲ)求点B到平面CMN的距离.

(19)本小题主要考查直线与直线、直线与平面、二面角、点到平面的距离等基础知识,考查空间想象能力和逻辑推理能力.

解法一:

(Ⅰ)取AC中点D,连结SDDB,

SA=SC,AB=BC,

ACSDACBD,

AC⊥平面SDB.

SB平面SDB,

ACSB.

(Ⅱ)∵AC⊥平面SDB,AC平面ABC,

∴平面SDB⊥平面ABC,

NNEBDE,则NE⊥平面ABC;

EEFCMF,连结NF,则NFCM.

∴∠NFE为二面角NCMB的平面角.

∵平面SAC⊥平面ABC,SDAC,∴SD⊥平面ABC.

又∵NE⊥平面ABC,∴NESD.

SN=NB,∴NE=SD===,且ED=EB.

在正△ABC中,由平面几何知识可求得EF=,MB=.

在Rt△NEF中,tanNFE==2,

∴二面角NCMB的大小是arctan2.

(Ⅲ)在Rt△NEF中,NF==,

SCMN=CM·NF=,SCMB=BM·CM=2.

设点B到平面CMN的距离为h,

VBCMN=VNCMB,NE⊥平面CMB,∴SCMN·h=SCMB·NE,

h==.即点B到平面CMN的距离为.

解法二:(Ⅰ)取AC中点O,连结OSOB.

SA=SC,AB=BC,

ACSOACBO.

∵平面SAC⊥平面ABC,

平面SAC∩平面ABC=AC,

SO⊥平面ABC,∴SOBO.

如图建立空间直角坐标系Oxyz.

A(2,0,0),B(0,2,0),C(-2,0,0),S(0,0,2),M(1,,0),N(0,,).

=(-4,0,0),=(0,2,-2).

·=(-4,0,0)·(0,2,-2)=0,

ACSB.

(Ⅱ)由(Ⅰ)得=(3,,0),=(-1,0,),

n=(x,y,z)为平面CMN的一个法向量,

z=1,则x=,y=-,

n=(,-,1).

=(0,0,2)为平面ABC的一个法向量,

∴cos〈n, 〉==.

∴二面角NCMB的大小为arccos.

(Ⅲ)由(Ⅰ)(Ⅱ)得=(-1,,0),n=(,-,1)为平面CMN的一个法向量,

∴点B到平面CMN的距离d==.


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