题目内容

17.如图,四棱锥SABCD的底面是边长为1的正方形,SD垂直于底面ABCDSB=.

  (Ⅰ)求证BCSC

  (Ⅱ)求面ASD与面BSC所成二面角的大小;

  (Ⅲ)设棱SA的中点为M,求异面直线DMSB所成角的大小.

17.本小题主要考查直线与平面的位置关系等基本知识,考查空间想象能力、逻辑思维能力和运算能力..

  (Ⅰ)证法一:如图1,

图1

         ∵底面ABCD是正方形,

BCDC.

SD⊥底面ABCD

DCSC在平面ABCD上的射影,由三垂线定理得BCSC.

证法二:如图1,

       ∵底面ABCD是正方形,

BCDC.

SD⊥底面ABCD

SDBC,又DCSD=D,

BC⊥平面SDC

BCSC.

(Ⅱ)解法一:

       ∵SD⊥底面ABCD,且ABCD为正方形,

∴可以把四棱锥SABCD补形为长方体A1B1C1SABCD,如图2.

图2

ASD与面BSC所成的二面角就是面ADSA1与面BCSA1所成的二面角.

SCBC,BCA1S

SCA1S

SDA1S

∴∠CSD为所求二面角的平面角.

在Rt△SCB中,由勾股定理得SC=

在Rt△SDC中,由勾股定理得SD=1.

∴∠CSD=45°.

即面ASD与面BSC所成二面角的大小为45°.

     解法二:如图3,

图3

         过点S作直线lAD,

          ∴l在面ASD上,

∵底面ABCD为正方形,

lADBC

l在面BSC上,

l为面ASD与面BSC的交线.

SDAD,BCSC,

lSD,lSC,

∴∠CSD为面ASD与面BSC所成二面角的平面角.

(以下同解法一)

(Ⅲ)解法一:如图3,

       ∵SD=AD=1,∠SDA=90°,

∴△SDA是等腰直角三角形.

M是斜边SA的中点,

DMSA.

BAAD,BASD,ADSD=D,

BA⊥面ASDSASB在面ASD上的射影.

由三垂线定理得DMSB.

∴异面直线DMSB所成的角为90°.

    解法二:如图4,

图4

        取AB中点P,连结MPDP.

        在△ABS中,由中位线定理得

        MPSB

        ∴∠DMP是异面直线DMSB所成的角.

MP=SB=,

DM=,DP==,

∴在△DMP中,有DP2=MP2+DM2,

∴∠DMP=90°.

∴异面直线DMSB所成的角为90°.


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