解答题如图,已知菱形ABCD的边长为2,∠BAD=60°,S为平面ABCD外一点,△SAD为正三角形,,M、N分别为SB、SC的中点.
(Ⅰ)求证:平面SAD⊥平面ABCD;
(Ⅱ)求二面角A-SB-C的余弦值;
(Ⅲ)求四棱锥M-ABN的体积.
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(Ⅰ)证明:取AD的中点O,连接SO,BO
因为△SAD为正三角形,所以SO⊥AD,且SO=
又菱形ABCD的边长为2,∠BAD=60°,所以
而SB=,所以SB2=SO2+BO2,即SO⊥BO
因为BO∩AD=O
所以SO⊥平面ABCD,又SO?平面SAD
所以平面SAD⊥平面ABCD;
(Ⅱ)解:因为SA=AB=2,点M为SB的中点,所以AM⊥SB
由(Ⅰ)知BC⊥SO,又菱形ABCD的边长为2,∠BAD=60°,所以BC⊥BO
因为SO∩BO=O
所以BC⊥面SOB
因为SB?面SOB
所以BC⊥SB
因为点N为SC的中点,所以MN∥BC,故MN⊥SB
所以∠AMN为二面角A-SB-C的平面角
又平面SOB⊥平面SBC,连接OM,则OM⊥SB,
所以OM⊥平面SBC
所以∠OMN=90°
在直角三角形AOM中,AO=1,,所以AM=,
所以
∴
∴二面角A-SB-C的余弦值;
(Ⅲ)解:由(Ⅱ)知,MN⊥SB,因为,
所以
又OM⊥平面SBC,所以O点到平面BNM的距离为MO=
因为AO∥BC,AO?平面SBC,所以AO∥平面SBC
所以A点到平面BNM的距离等于O点到平面BNM的距离MO=
所以三棱锥M-ABN的体积为解析分析:(Ⅰ)证明平面SAD⊥平面ABCD,我们只要在一个平面内找出另一平面的垂线,取AD的中点O,连接SO,BO,即证SO⊥平面ABCD,从而只需证SO垂直于平面内的两条相交直线;(Ⅱ)先证明AM⊥SB,MN⊥SB,所以∠AMN为二面角A-SB-C的平面角,再由OM⊥平面SBC,可得∠OMN=90°,从而可得,进而可求二面角A-SB-C的余弦值;(Ⅲ)先求出,根据OM⊥平面SBC,可得O点到平面BNM的距离,再利用AO∥平面SBC,可得A点到平面BNM的距离等于O点到平面BNM的距离,从而可求三棱锥M-ABN的体积.点评:本题以四棱锥为载体,考查面面垂直的判定,考查面面角,考查三棱锥的体积,解题的关键是正确运用面面垂直的判定定理,寻找面面角,同时考查学生转化问题的能力.