题目内容

【题目】在直角梯形PBCD中,,,,A为PD的中点,如图.将△PAB沿AB折到△SAB的位置,使SB⊥BC,点E在SD上,且,如图.

(Ⅰ)求证:SA⊥平面ABCD;

(Ⅱ)求二面角E﹣AC﹣D的正切值.

【答案】(I)证明见解析;(II).

【解析】

试题分析:(I)由于只需证,而所以,所以,第一问得证;(II)以分别为轴建立空间直角坐标系,利用平面与平面的法向量来计算二面角的余弦值,进而求出正切值.

试题解析:

(法一)(I)由题意可知,翻折后的图中SA⊥AB①,易证BC⊥SA②,由①②根据直线与平面垂直的判定定理可得SA⊥平面ABCD;

(II)(三垂线法)由考虑在AD上取一点O,使得,从而可得EO∥SA,所以EO⊥平面ABCD,过O作OH⊥AC交AC于H,连接EH,∠EHO为二面角E﹣AC﹣D的平面角,在Rt△AHO中求解即可

(法二:空间向量法)

(1)同法一

(2)以A为原点建立直角坐标系,易知平面ACD的法向为,求平面EAC的法向量,代入公式求解即可

解法一:(1)证明:在题平面图形中,由题意可知,BA⊥PD,ABCD为正方形,

所以在翻折后的图中,SA⊥AB,SA=2,四边形ABCD是边长为2的正方形,

因为SB⊥BC,AB⊥BC,SB∩AB=B

所以BC⊥平面SAB,

又SA平面SAB,

所以BC⊥SA,

又SA⊥AB,BC∩AB=B

所以SA⊥平面ABCD,

(2)在AD上取一点O,使,连接EO

因为,所以EO∥SA

因为SA⊥平面ABCD,

所以EO⊥平面ABCD,

过O作OH⊥AC交AC于H,连接EH,

则AC⊥平面EOH,

所以AC⊥EH.

所以∠EHO为二面角E﹣AC﹣D的平面角,.

在Rt△AHO中,,

∴,

即二面角E﹣AC﹣D的正切值为

解法二:(1)同方法一

(2)解:如图,以A为原点建立直角坐标系,A(0,0,0),B(2,0,0),C(2,2,0),D(0,2,0),S(0,0,2),E(0,,)

∴平面ACD的法向为

设平面EAC的法向量为=(x,y,z),,

由,

所以,可取

所以=(2,﹣2,1).

所以

所以

即二面角E﹣AC﹣D的正切值为

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