三、解答题

19.(本小题满分13分,其中(Ⅰ)小问8分,(Ⅱ)小问5分)

如题(19)图,在直三棱柱中,

,,;

点分别在,上,且,

四棱锥与直三棱柱的体积之比为.

(Ⅰ)求异面直线与的距离;

(Ⅱ)若,求二面角的平面角的正切值.

解法一:

(Ⅰ)因,且,故面,

从而,又,故是异面直线与的公垂线.

设的长度为,则四棱椎的体积为

.

而直三棱柱的体积为.

由已知条件,故,解之得.

从而.

在直角三角形中,,

又因,

故.

(Ⅱ)如答(19)图1,过作,垂足为,连接,

因,,故面.

由三垂线定理知,故为所求二面角的平面角.

在直角中,,

又因,

故,所以.

解法二:

(Ⅰ)如答(19)图2,以点为坐标原点建立空间直角坐标系,

则,,,,则,.

设,则,

又设,则,

从而,即.

又,所以是异面直线与的公垂线.

下面求点的坐标.

设,则.

因四棱锥的体积为

.

而直三棱柱的体积为.

由已知条件,故,解得,即.

从而,,.

接下来再求点的坐标.

由,有,即      (1)

又由得.     (2)

联立(1),(2),解得,,即,得.

故.

(Ⅱ)由已知,则,从而,过作,

垂足为,连接,

设,则,因为,故

……………………………………①

因且得,即

……………………………………②

联立①②解得,,即.

则,.

.

又,故,因此为所求

二面角的平面角.又,从而,故,

为直角三角形,所以.

 

 

 

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