4.(2010四川理)(18)(本小题满分12分)

已知正方体ABCD-A'B'C'D'的棱长为1,点M是棱AA'的中点,点O是对角线BD'的中点.

(Ⅰ)求证:OM为异面直线AA'和BD'的公垂线;

(Ⅱ)求二面角M-BC'-B'的大小;

(Ⅲ)求三棱锥M-OBC的体积.

本小题主要考查异面直线、直线与平面垂直、二面角、正方体、三棱锥体积等基础知识,并考查空间想象能力和逻辑推理能力,考查应用向量知识解决数学问题的能力。

解法一:(1)连结AC,取AC中点K,则K为BD的中点,连结OK

因为M是棱AA’的中点,点O是BD’的中点

所以AM

所以MO

由AA’⊥AK,得MO⊥AA’

因为AK⊥BD,AK⊥BB’,所以AK⊥平面BDD’B’

所以AK⊥BD’

所以MO⊥BD’

又因为OM是异面直线AA’和BD’都相交

故OM为异面直线AA'和BD'的公垂线

(2)取BB’中点N,连结MN,则MN⊥平面BCC’B’

过点N作NH⊥BC’于H,连结MH

则由三垂线定理得BC’⊥MH

从而,∠MHN为二面角M-BC’-B’的平面角

MN=1,NH=Bnsin45°=

在Rt△MNH中,tan∠MHN=

故二面角M-BC’-B’的大小为arctan2

(3)易知,S△OBC=S△OA’D’,且△OBC和△OA’D’都在平面BCD’A’内

点O到平面MA’D’距离h=

VM-OBC=VM-OA’D’=VO-MA’D’=S△MA’D’h=

解法二:

以点D为坐标原点,建立如图所示空间直角坐标系D-xyz

则A(1,0,0),B(1,1,0),C(0,1,0),A’(1,0,1),C’(0,1,1),D’(0,0,1)

(1)因为点M是棱AA’的中点,点O是BD’的中点

所以M(1,0, ),O(,,)

,=(0,0,1),=(-1,-1,1)

=0, +0=0

所以OM⊥AA’,OM⊥BD’

又因为OM与异面直线AA’和BD’都相交

故OM为异面直线AA'和BD'的公垂线.………………………………4分

(2)设平面BMC'的一个法向量为=(x,y,z)

=(0,-1,), =(-1,0,1)

  即

取z=2,则x=2,y=1,从而=(2,1,2)

取平面BC'B'的一个法向量为=(0,1,0)

cos

由图可知,二面角M-BC'-B'的平面角为锐角

故二面角M-BC'-B'的大小为arccos………………………………………………9分

(3)易知,S△OBC=S△BCD'A'=

设平面OBC的一个法向量为=(x1,y1,z1)

=(-1,-1,1), =(-1,0,0)

  即

取z1=1,得y1=1,从而=(0,1,1)

点M到平面OBC的距离d=

VM-OBC=…………………………………………12分

2009年高考题

 0  55519  55527  55533  55537  55543  55545  55549  55555  55557  55563  55569  55573  55575  55579  55585  55587  55593  55597  55599  55603  55605  55609  55611  55613  55614  55615  55617  55618  55619  55621  55623  55627  55629  55633  55635  55639  55645  55647  55653  55657  55659  55663  55669  55675  55677  55683  55687  55689  55695  55699  55705  55713  447348 

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