解答题

19.(本小题满分12分)

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N—CM—B的大小;

(Ⅲ)求点B到平面SMN的距离.

 

 

本小题主要考查直线与直线,直线与平面,二面角,点到平面的距离等基础

知识,考查空间想象能力和逻辑推理能力.满分12分.

 

解法一:(Ⅰ)取AC中点D,连结DS、DB.

∵SA=SC,BA=BC,                 

∴AC⊥SD且AC⊥DB,

∴AC⊥平面SDB,又SB平面SDB,

∴AC⊥SB.

(Ⅱ)∵SD⊥AC,平面SAC⊥平面ABC,

∴SD⊥平面ABC.

过D作DE⊥CM于E,连结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.

(Ⅲ)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

 

解法二:(Ⅰ)取AC中点O,连结OS、OB.

∵SA=SC,BA=BC,

∴AC⊥SO且AC⊥BO.

∵平面SAC⊥平面ABC,平面SAC∩平面ABC=AC

∴SO⊥面ABC,∴SO⊥BO.

如图所示建立空间直角坐标系O-xyz.

则A(2,0,0),C(-2,0,0),

S(0,0,2),B(0,2,0).

∴=(-4,0,0),=(0,-2,2),

∵·=(-4,0,0)·(0,-2,2)=0,

∴AC⊥BS.

(Ⅱ)由(Ⅰ)得M(1,,0),,

=(2,0,2).   设n=(x,y,z)为平面SCM的一个法向量,

则 

∴n=(-1,,1), 又=(0,0,2)为平面ABC的一个法向量,

∴cos(n,)==

∴二面角S-CM-A的大小为arccos

(Ⅲ)由(Ⅰ)(Ⅱ)得=(2,2,0),

n=(-1,,1)为平面SCM的一个法向量,

∴点B到平面SCM的距离d=

 

 

 

 

 

 

 

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