Question

四棱锥S-ABCD中，底面ABCD为平行四边形，侧面SBC⊥底面ABCD，已知∠ABC=45°，AB=2，，．
（Ⅰ）证明：SA⊥BC；
（Ⅱ）求直线SD与平面SBC所成角的大小．

Answer 1

【答案】分析：解法一：（1）作SO⊥BC，垂足为O，连接AO，说明SO⊥底面ABCD．利用三垂线定理，得SA⊥BC．
（Ⅱ）由（Ⅰ）知SA⊥BC，设AD∥BC，连接SE．说明∠ESD为直线SD与平面SBC所成的角，通过，求出直线SD与平面SBC所成的角为．
解法二：（Ⅰ）作SO⊥BC，垂足为O，连接AO，以O为坐标原点，OA为x轴正向，建立直角坐标系O-xyz，通过证明，推出SA⊥BC．
（Ⅱ）.与的夹角记为α，SD与平面ABC所成的角记为β，因为为平面SBC的法向量，利用α与β互余．通过，，推出直线SD与平面SBC所成的角为．
解答：解法一：
（1）作SO⊥BC，垂足为O，连接AO，
由侧面SBC⊥底面ABCD，得SO⊥底面ABCD．
因为SA=SB，所以AO=BO，
又∠ABC=45°，故△AOB为等腰直角三角形，AO⊥BO，
由三垂线定理，得SA⊥BC．

（Ⅱ）由（Ⅰ）知SA⊥BC，
依题设AD∥BC，
故SA⊥AD，由，，．
又，作DE⊥BC，垂足为E，
则DE⊥平面SBC，连接SE．∠ESD为直线SD与平面SBC所成的角．
所以，直线SD与平面SBC所成的角为．

解法二：
（Ⅰ）作SO⊥BC，垂足为O，连接AO，
由侧面SBC⊥底面ABCD，得SO⊥平面ABCD．
因为SA=SB，所以AO=BO．
又∠ABC=45°，△AOB为等腰直角三角形，AO⊥OB．
如图，以O为坐标原点，OA为x轴正向，建立直角坐标系O-xyz，
因为，，
又，所以，，．S（0，0，1），，，，所以SA⊥BC．

（Ⅱ），.与的夹角记为α，SD与平面ABC所成的角记为β，因为为平面SBC的法向量，所以α与β互余．，，
所以，直线SD与平面SBC所成的角为．
点评：本小题主要考查空间线面关系、直线与平面所成的角等知识，考查数形结合、化归与转化的数学思想方法，以及空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力．