题目内容
(本小题满分12分,(Ⅰ)问5分,(Ⅱ)问7分)
如题(19)图,在四棱锥
中,
且
;平面![]()
平面
,
;
为
的中点,
。求:
(Ⅰ)点
到平面
的距离;
(Ⅱ)二面角
的大小。
![]()
(Ⅰ)![]()
(Ⅱ)![]()
解析:
解法一:(Ⅰ)因为AD//BC,且
,所以
,从而A点到平面
的距离等于D点到平面
的距离。
因为平面
故
,从而
,由AD//BC,得![]()
,又由
知
,从而
为点A到平面
的距离,因此在
中
。
(Ⅱ)如答(19)图1,过E电作
,交
于点G,又过G点作
,交AB于H,故
为二面角
的平面角,记为
,过E点作EF//BC,交
于点F,连结GF,因平面
,故
。
![]()
由于E为BS边中点,故
,在
中,
,因
,又
,
故由三垂线定理的逆定理得
,从而又可得![]()
因此
而在
中,
![]()
在
中,
可得
,故所求二面角的大小为
。
解法二:
(Ⅰ)如答(19)图2,以S(O)为坐标原点,射线OD,OC分别为x轴,y轴正向,建立空间
![]()
坐标系,设
,因平面![]()
即点A在xoz平面上,因此
。
又
,
因AD//BC,故BC⊥平面CSD,即BCS与平面yOx重合,从而点A到平面BCS的距离为
。
(Ⅱ)易知C(0,2,0),D(,0,0)。因E为BS的中点,ΔBCS为直角三角形,
知
。
设B(0,2,
),
>0,则
=2,故B(0,2,2),所以E(0,1,1)。
在CD上取点G,设G(
),使GE⊥CD 。
由
故
①
又点G在直线CD上,即
,由
=(
),则有
②
联立①、②,解得G=
,
故
=
,又由AD⊥CD,所以二面角E-CD-A的平面角为向量
与向量
所成的角,记此角为
。
因为
=
,
,所以
,故所求的二面角的大小为
。
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