题目内容

【题目】如图,三棱柱中,侧面底面,是边长为2的正三角形,已知点满足.

(1)求二面角的大小;

(2)求异面直线与的距离;

(3)直线上是否存在点,使平面?若存在,请确定点的位置;若不存在,请说明理由.

【答案】(1)(2)(3)存在点,其坐标为,即恰好为点

【解析】

(1)建立空间直角坐标系,利用平面的法向量和平面的法向量,计算出二面角的余弦值,由此求得其大小.

(2)求得异面直线与的公垂线的方向向量,并由此计算出异面直线与的距离.

(3)根据求得点的坐标,设出点的坐标,根据、与平面的法向量垂直列方程组,解方程组求得点的坐标,由此判断出存在点符合题意.

(1)侧面底面,又均为正三角形,取得中点,连接,,

则底面,

故以为坐标原点,分别以为轴、轴、轴建立如图所示空间直角坐标系,

则

设平面的法向量为

取,可得

又平面的一个法向量为

由图知二面角为锐角,故二面角的大小为.

(2)异面直线与的公垂线的方向向量,则

易得,异面直线与的距离

(3),而

又,点的坐标为

假设存在点符合题意,则点的坐标可设为

平面为平面的一个法向量,

由,得.

又平面,

故存在点,使平面,其坐标为,即恰好为点.

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