20.解:(1)过S作SH⊥BC于H,连 DH, ∵ 面BC
⊥面ABCD,∴SH⊥面ABCD ∴∠SDH为 SD和面ABCD所成的角。……3分
在正方形BB
C
C中,M,N分别为BB
,B
C
的中点,S位MN的中点,B
C
=4,
∴SH=3=CH,DH=
=
,在RTΔSHD中,tan∠SDH=
……5分
延长B
C
至E,使B
C
= C
E=4,连DE,ES, ∵C
E平行且等于AD , ∴A C
ED为平行四边形。∴A C
∥ED,∴∠EDS为异面直线DS与A
C
所成的角。……8分
在ΔDSE中,DS=
=2
,DE=
,ES=5
,则cos∠EDS=
.
∴∠EDS=arccos
.即所求的角为arccos
。……12分
(附加题)连PD,过P作PF⊥面BB
C
C,垂足为F。过F作FG⊥MN于G,连结PG。
由三垂线定理得PG⊥MN,d=PD.设d
=PF,d
=PG,在 RTΔPFG中,∵
=
=sin∠PGF
PG⊥MN,FG⊥MN, ∴∠PGF为二面角D-MN-C的平面角,设为
。又∵DC⊥MN, B
C⊥MN,
∴d
MN⊥面DSC. ∴∠DSC为
,在RTΔDCS中,DC=
,DS=2
,sin
=
………3分
∵d= d
.∴
=
= sin
=
. 故
是一个定值
。………5分