题目内容
(19)在三棱锥S—ABC中,△ABC是边长为4的正三角形, 平面SAC⊥平面ABC,SA=SC=2,M、N分别为AB、SB的中点.(Ⅰ)证明:AC⊥SB;
(Ⅱ)求二面角N—CM—B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SD、DB,
∵SA=SC,AB=BC,
∴AC⊥SD且AC⊥BD,
∴AC⊥平面SDB.
又SB平面SDB,
∴AC⊥SB.
(Ⅱ)∵AC⊥平面SDB,AC平面ABC,
∴平面SDB⊥平面ABC,
过N作NE⊥BD于E,则NE⊥平面ABC;
过E作EF⊥CM于F,连结NF,则NF⊥CM.
∴∠NFE为二面角N—CM—B的平面角.
∵平面SAC⊥平面ABC,SD⊥AC,∴SD⊥平面ABC.
又∵NE⊥平面ABC,∴NE∥SD.
∵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N—CM—B的大小是arctan2.
(Ⅲ)在Rt△NEF中,NF==,
∴S△CMN=CM·NF=,S△CMB=BM·CM=2.
设点B到平面CMN的距离为h,
∵VB—CMN=VN—CMB,NE⊥平面CMB,∴S△CMN·h=S△CMB·NE,
∴h==.即点B到平面CMN的距离为.
解法二:(Ⅰ)取AC中点O,连结OS、OB.
∵SA=SC,AB=BC,
∴AC⊥SO且AC⊥BO.
∵平面SAC⊥平面ABC,
平面SAC∩平面ABC=AC,
∴SO⊥平面ABC,∴SO⊥BO.
如图建立空间直角坐标系O-xyz.
则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,
∴AC⊥SB.
(Ⅱ)由(Ⅰ)得=(3,,0),=(-1,0,),
设n=(x,y,z)为平面CMN的一个法向量,
则取z=1,则x=,y=-,
∴n=(,-,1).
又=(0,0,2)为平面ABC的一个法向量,
∴cos〈n, 〉==.
∴二面角N—CM—B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==.