解答题

 (20) (本小题满分12分)

如图,已知长方体,,直线与平面

所成的角为,垂直于为的中点.

(Ⅰ)求异面直线与所成的角;

(Ⅱ)求平面与平面所成二面角(锐角)的大小;

(Ⅲ)求点到平面的距离 

 

(考查知识点:立体几何)

解法一:(向量法)

在长方体中,以所在直线为轴,所在直线为轴,

 所在直线为轴建立空间直角坐标系如图.

    由已知,可得.

    又平面,从面与平面所成的角即为

    又

    从而易得

    (Ⅰ)

       

   即异面直线、所成的角为

(Ⅱ)易知平面的一个法向量

   设是平面的一个法向量.

   由   

   取

∴

即平面与平面所成二面角(锐角)大小为

(Ⅲ)点A到平面BDF的距离,即在平面BDF的法向量上的投影的绝对值

所以距离

所以点A到平面BDF的距离为

解法二:(几何法)

(Ⅰ)连结,过F作的垂线,垂足为K,

∵与两底面ABCD,都垂直,

∴

又

因此

∴为异面直线与所成的角

       连结BK,由FK⊥面得,

       从而  为

        在 和中,

        由得

        又, ∴

      ∴异面直线与所成的角为

(Ⅱ)由于面由作的垂线,垂足为,连结,

由三垂线定理知

∴即为平面与平面所成二面角的平面角

且,在平面中,延长与;交于点

∵为的中点,

∴、分别为、的中点

即,

∴为等腰直角三角形,垂足点实为斜边的中点F,即F、G重合

易得,在中,

∴,

∴,

即平面于平面所成二面角(锐角)的大小为

(Ⅲ)由(Ⅱ)知平面是平面与平面所成二面角的平面角所在的平面

   ∴面

   在中,由A作AH⊥DF于H,则AH即为点A到平面BDF的距离

      由AHDF=ADAF,得

所以点A到平面BDF的距离为

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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