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题型:简答题
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简答题

在三棱锥S-ABC中,△ABC是边长为4的正三角形,平面SAC⊥平面ABC,SA=SC=2,M为AB的中点.

(Ⅰ)证明:AC⊥SB;

(Ⅱ)求二面角S-CM-B的大小;

(Ⅲ)求点B到平面SCM的距离.

正确答案

证明:(Ⅰ)取AC中点D,连接DS、DB.

∵SA=SC,BA=BC,

∴AC⊥SD且AC⊥DB,

∴AC⊥平面SDB,又SB⊂平面SDB,

∴AC⊥SB.

(Ⅱ)解:∵SD⊥AC,平面SAC⊥平面ABC,

∴SD⊥平面ABC.

过D作DE⊥CM于E,连接SE,则SE⊥CM,

∴∠SED为二面角S-CM-A的平面角.

由已知有,所以DE=1,又SA=SC=2,AC=4,∴SD=2.

在Rt△SDE中,tan∠SED==2,

∴二面角S-CM-A的大小为arctan2,

∴二面角S-CM-B的大小为π-arctan2.

(Ⅲ)解:在Rt△SDE中,SE=,CM是边长为4正△ABC的中线,

∴S△SCM=CM•SE=

设点B到平面SCM的距离为h,

由VB-SCM=VS-CMB,SD⊥平面ABC,得S△SCM•h=S△CMB•SD,

∴h=.即点B到平面SCM的距离为

解析

证明:(Ⅰ)取AC中点D,连接DS、DB.

∵SA=SC,BA=BC,

∴AC⊥SD且AC⊥DB,

∴AC⊥平面SDB,又SB⊂平面SDB,

∴AC⊥SB.

(Ⅱ)解:∵SD⊥AC,平面SAC⊥平面ABC,

∴SD⊥平面ABC.

过D作DE⊥CM于E,连接SE,则SE⊥CM,

∴∠SED为二面角S-CM-A的平面角.

由已知有,所以DE=1,又SA=SC=2,AC=4,∴SD=2.

在Rt△SDE中,tan∠SED==2,

∴二面角S-CM-A的大小为arctan2,

∴二面角S-CM-B的大小为π-arctan2.

(Ⅲ)解:在Rt△SDE中,SE=,CM是边长为4正△ABC的中线,

∴S△SCM=CM•SE=

设点B到平面SCM的距离为h,

由VB-SCM=VS-CMB,SD⊥平面ABC,得S△SCM•h=S△CMB•SD,

∴h=.即点B到平面SCM的距离为

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在Rt△ABC中,AB=3,BC=4,点E、D分别在边AB、AC上,且ED∥BC,AB⊥BC,沿DE折成直二面角A-ED-B,是否存在点E,使AC⊥DB?若存在,求BE的长;若不存在,请说明理由.

正确答案

解:由题意,AE⊥平面BEDC,

连接EC,交BD于F.

若AC⊥DB,则EC⊥DB.

设BE=x,则==

∴ED=(3-x),FC=EC,

∴42=FC•EC=EC2

∴16(6-x)=3(x2+16),

∴3x2+16x-48=0,

∴x=

解析

解:由题意,AE⊥平面BEDC,

连接EC,交BD于F.

若AC⊥DB,则EC⊥DB.

设BE=x,则==

∴ED=(3-x),FC=EC,

∴42=FC•EC=EC2

∴16(6-x)=3(x2+16),

∴3x2+16x-48=0,

∴x=

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题型:填空题
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填空题

已知正△ABC的顶点A在平面α内,顶点B,C在平面α的同一侧,D为BC的中点,若△ABC在平面α内的射影是以A为直角顶点的三角形,则直线AD与平面α所成角的正弦值的最小值为______

正确答案

解析

解:如图所示,不妨设AB=2.则AD=

假设一开始正△ABC在平面α内时的位置,则∠BAC=60°.

而当BC∥α时,其B、D、C三点的射影分别为B1,D1,C1时,且∠B1AC1=90°.

∠DAD1为直线AD与平面α所成角且最小.

,∴=

此时=

当BC与平面α部平行时,可以看出:其DD1长度必然增大.

因此直线AD与平面α所成角的正弦值的最小值为

故答案为

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题型:简答题
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简答题

已知四棱锥P-ABCD的底面是菱形.∠BCD=60°,AB=PB=PD=2,,AC与BD交于O点,E,H分别为PA,OC的中点.

(Ⅰ)求证:PC∥平面BDE;

(Ⅱ)求证:PH⊥平面ABCD;

(Ⅲ)求直线CE与平面PAB所成角的正弦值.

正确答案

(Ⅰ)证明:因为E,O分别为PA,AC的中点,

所以EO∥PC

又EO⊂平面BDE,PC⊄平面BDE.

所以PC∥平面BDE.

(Ⅱ)证明:连接OP,

因为PB=PD,

所以OP⊥BD.

在菱形ABCD中,BD⊥AC,

又因为OP∩AC=O,所以BD⊥平面PAC.

又PH⊂平面PAC,所以BD⊥PH.

在直角三角形POB中,OB=1,PB=2,所以

,H为OC的中点,所以PH⊥OC.

又因为BD∩OC=O

所以PH⊥平面ABCD.

(Ⅲ)解:过点O作OZ∥PH,所以OZ⊥平面ABCD.

如图,以O为原点,OA,OB,OZ所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系.

可得,,B(0,1,0),

所以

=(x,y,z)是平面PAB的一个法向量,

,即

令x=1,则..

设直线CE与平面PAB所成的角为θ,

所以直线CE与平面PAB所成角的正弦值为

解析

(Ⅰ)证明:因为E,O分别为PA,AC的中点,

所以EO∥PC

又EO⊂平面BDE,PC⊄平面BDE.

所以PC∥平面BDE.

(Ⅱ)证明:连接OP,

因为PB=PD,

所以OP⊥BD.

在菱形ABCD中,BD⊥AC,

又因为OP∩AC=O,所以BD⊥平面PAC.

又PH⊂平面PAC,所以BD⊥PH.

在直角三角形POB中,OB=1,PB=2,所以

,H为OC的中点,所以PH⊥OC.

又因为BD∩OC=O

所以PH⊥平面ABCD.

(Ⅲ)解:过点O作OZ∥PH,所以OZ⊥平面ABCD.

如图,以O为原点,OA,OB,OZ所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系.

可得,,B(0,1,0),

所以

=(x,y,z)是平面PAB的一个法向量,

,即

令x=1,则..

设直线CE与平面PAB所成的角为θ,

所以直线CE与平面PAB所成角的正弦值为

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题型:简答题
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简答题

如图,在四棱锥S-ABCD中,SD⊥底面ABCD,底面ABCD是矩形,且,E是SA的中点.

(1)求证:平面BED⊥平面SAB;

(2)求直线SA与平面BED所成角的大小.

正确答案

(1)证明:∵SD⊥平面ABCD,SD⊂平面SAD

∴平面SAD⊥平面ABCD,

∵AB⊥AD,平面SAD∩平面ABCD=AD

∴AB⊥平面SAD,

∵DE⊂平面SAD

∴DE⊥AB.…(3分)

∵SD=AD,E是SA的中点,∴DE⊥SA,

∵AB∩SA=A,∴DE⊥平面SAB

∴平面BED⊥平面SAB.…(6分)

(2)解:

作AF⊥BE,垂足为F.

由(1),平面BED⊥平面SAB,则AF⊥平面BED,所以∠AEF是直线SA与平面BED所成的角.…(8分)

设AD=2a,则AB=a,SA=2a,AE=a,△ABE是等腰直角三角形,则AF=a.

在Rt△AFE中,sin∠AEF==,∴∠AEF=45°

故直线SA与平面BED所成角的大小45°.…(12分)

解析

(1)证明:∵SD⊥平面ABCD,SD⊂平面SAD

∴平面SAD⊥平面ABCD,

∵AB⊥AD,平面SAD∩平面ABCD=AD

∴AB⊥平面SAD,

∵DE⊂平面SAD

∴DE⊥AB.…(3分)

∵SD=AD,E是SA的中点,∴DE⊥SA,

∵AB∩SA=A,∴DE⊥平面SAB

∴平面BED⊥平面SAB.…(6分)

(2)解:

作AF⊥BE,垂足为F.

由(1),平面BED⊥平面SAB,则AF⊥平面BED,所以∠AEF是直线SA与平面BED所成的角.…(8分)

设AD=2a,则AB=a,SA=2a,AE=a,△ABE是等腰直角三角形,则AF=a.

在Rt△AFE中,sin∠AEF==,∴∠AEF=45°

故直线SA与平面BED所成角的大小45°.…(12分)

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