题目内容

如图,四棱锥S-ABCD的底面是边长为1的正方形,SD⊥底面ABCD,SB=
3
.
(1)设棱SA的中点为M,求异面直线DM与SB所成角的大小;
(2)求面ASD与面BSC所成二面角的大小.
分析:(1)M(
1
2
,0,
1
2
),
DM
=(
1
2
,0,
1
2
),
SB
=(1,1,-1)
,设
DM
与
SB
的夹角为α,异面直线DM与SB所成角为θ,cosθ=|cosα|=0,由此能求出异面直线DM与SB所成角的大小.
(2)平面ASD的一个法向量
n1
=(0,1,0)
,设平面BSC的一个法向量
n2
=(x,y,z)
,由
n2
⊥
BC
,
n2
⊥
SB
,知
n2
=(0,1,1)
,设
n1
与
n2
的夹角为β,则cosβ=
2
2
,由此能求出面ASD与面BSC所成二面角的大小.
解答:解:(1)以D为原点,以DA为x轴,DC为y轴,DS为z轴,建立空间直角坐标系,
∵四棱锥S-ABCD的底面是边长为1的正方形,SD⊥底面ABCD,SB=
3
,
∴SD=
3-2
=1
,
∴S=(0,0,1),D(0,0,0),B(1,1,0),A(1,0,0),M(
1
2
,0,
1
2
),
DM
=(
1
2
,0,
1
2
),
SB
=(1,1,-1)
,
设
DM
与
SB
的夹角为α,
异面直线DM与SB所成角为θ,
cosθ=|cosα|=0,
∴θ=
π
2
,
∴异面直线DM与SB所成角的大小为
π
2
.
(2)平面ASD的一个法向量
n1
=(0,1,0)
,
设平面BSC的一个法向量
n2
=(x,y,z)
,
∵
n2
⊥
BC
,
n2
⊥
SB
,
∴
-x=0
x+y-z=0
,
令y=1,则
n2
=(0,1,1)
,
设
n1
与
n2
的夹角为β,则cosβ=
2
2
,
由图形得,面ASD与面BSC所成二面角的大小为
π
4
.
点评:本题考查异面直线所成角的大小的求解和二面角的求法,考查运算求解能力,推理论证能力;考查化归与转化思想.对数学思维的要求比较高,有一定的探索性.综合性强,难度大,是高考的重点.解题时要认真审题,仔细解答.
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