题目内容

【题目】如图,在四棱锥O﹣ABCD中,底面ABCD四边长为1的菱形,∠ABC=,OA⊥底面ABCD,OA=2,M为OA的中点,N为BC的中点.

(1)证明:直线MN∥平面OCD;

(2)求异面直线AB与MD所成角的大小;

(3)求点B到平面OCD的距离.

【答案】(1) (2) .(3)

【解析】

试题方法一:(1)取OB中点E,连接ME,NE,证明平面MNE∥平面OCD,方法是两个平面内相交直线互相平行得到,从而的到MN∥平面OCD;

(2)∵CD∥AB,∴∠MDC为异面直线AB与MD所成的角(或其补角)作AP⊥CD于P,连接MP

∵OA⊥平面ABCD,∴CD⊥MP菱形的对角相等得到∠ABC=∠ADC=,

利用菱形边长等于1得到DP=,而MD利用勾股定理求得等于,在直角三角形中,利用三角函数定义求出即可.

(3)AB∥平面OCD,∴点A和点B到平面OCD的距离相等,连接OP,过点A作AQ⊥OP于点Q,

∵AP⊥CD,OA⊥CD,∴CD⊥平面OAP,∴AQ⊥CD,

又∵AQ⊥OP,∴AQ⊥平面OCD,线段AQ的长就是点A到平面OCD的距离,求出距离可得.

方法二:(1)分别以AB,AP,AO所在直线为x,y,z轴建立坐标系,分别表示出A,B,O,M,N的坐标,

求出,,的坐标表示.设平面OCD的法向量为=(x,y,z),则,

解得,∴MN∥平面OCD

(2)设AB与MD所成的角为θ,表示出和,利用a×b=|a||b|cosα求出叫即可.

(3)设点B到平面OCD的距离为d,则d为在向量上的投影的绝对值,由

得.所以点B到平面OCD的距离为.

解:方法一(综合法)

(1)取OB中点E,连接ME,NE

∵ME∥AB,AB∥CD,∴ME∥CD

又∵NE∥OC,∴平面MNE∥平面OCD∴MN∥平面OCD

(2)∵CD∥AB,∴∠MDC为异面直线AB与MD所成的角(或其补角)

作AP⊥CD于P,连接MP

∵OA⊥平面ABCD,∴CD⊥MP

∵,∴,,

∴

所以AB与MD所成角的大小为

(3)∵AB∥平面OCD,

∴点A和点B到平面OCD的距离相等,连接OP,过点A作AQ⊥OP于点Q,

∵AP⊥CD,OA⊥CD,

∴CD⊥平面OAP,∴AQ⊥CD.

又∵AQ⊥OP,∴AQ⊥平面OCD,线段AQ的长就是点A到平面OCD的距离,

∵,,

∴,所以点B到平面OCD的距离为.

方法二(向量法)

作AP⊥CD于点P,如图,分别以AB,AP,AO所在直线为x,y,z轴建立坐标系:

A(0,0,0),B(1,0,0),,,

O(0,0,2),M(0,0,1),

(1),,

设平面OCD的法向量为n=(x,y,z),则×=0,×=0

即

取,解得

∵×=(,,﹣1)×(0,4,)=0,

∴MN∥平面OCD.

(2)设AB与MD所成的角为θ,

∵

∴

∴,AB与MD所成角的大小为.

(3)设点B到平面OCD的距离为d,则d为在向量=(0,4,)上的投影的绝对值,

由,得d==

所以点B到平面OCD的距离为.

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