解答题如图α-l-β是120°的二面角,A、B两点在棱l上,AB=2,D在α内,三角形ABD是等腰直角三角形,∠DAB=90°,C在β内,三角形ABC是等腰直角三角形,∠ACB=90°.
(1)求三棱锥D-ABC的体积;
(2)求二面角D-AC-B的大小.
(3)求异面直线AB、CD所成的角.
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解:(1)过D向平面β作垂线,垂足为O,连接OA并延长至E,
∵AB⊥AD,OA为DA在平面β内的射影,
∴AB⊥OA,∴∠DAE为二面角α-l-β的平面角??(2分)
∴∠DAE=120°,∠DAO=60°,
∵AD=AB=2,∴Rt△ADO中,DO=ADsin60°=,
∵△ABC是等腰直角三角形,斜边AB=2.
∴S△ABC=×2×1=1,
又∵D到平面β的距离DO=,
∴VD-ABC=×S△ABC×DO=.(4分)
(2)过O在β内作OM⊥AC于M,连接DM,则AC⊥DM,
∴∠DMO为二面角D-AC-B的平面角,(6分)
在△DOA中,OA=2cos60°=1,且∠OAM=∠CAE=45°,
∴Rt△OAM中,OM=OAsin45°=,
∴Rt△ODM中,tan∠DMO==,
因此,∠DMO=arctan,即二面角D-AC-B的大小为arctan.(8分)
(3)在β内过C作AB的平行线交AE于F,
∴∠DCF(或其补角)为异面直线AB、CD所成的角??(10分)
∵AB⊥AF,AB⊥AD,CF∥AB,
∴CF⊥DF,结合∠CAE=45°,得△ACF为等腰直角三角形,
又∵AF等于C到AB的距离,即为△ABC斜边上的高,
∴AF=CF=AB=1,
∴DF2=AD2+AF2-2AD?AF?cos120°=7,得DF=
在Rt△DCF中,tan∠DCF=,得∠DCF=arctan,
即异面直线AB、CD所成的角为arctan.(12分)解析分析:(1)过D作DO⊥β于点O,连接OA并延长至E,可证出∠DAE为二面角α-l-β的平面角,得∠DAO=180°-120°=60°.Rt△ADO中,算出DO=,即为三棱锥D-ABC的高,最后算出△ABC的面积,再利用锥体体积公式即得三棱锥D-ABC体积;(2)过O在β内作OM⊥AC于M,连接DM,则AC⊥DM,得∠DMO为二面角D-AC-B的平面角.然后在Rt△ODM中,算出OM的长.Rt△ODM中利用直角三角形中正切的定义,得tan∠DMO=,即得二面角D-AC-B的大小为arctan;(3)在β内过C作CE∥AB交AE于F,可得∠DCF(或其补角)为异面直线AB、CD所成的角.Rt△DCF中,算出CF、DF的长,从而得到tan∠DCF=,即得异面直线AB、CD所成的角为arctan.点评:本题给出120度的二面角和分别在两个半平面的等腰直角三角形,求三棱锥的体积和异面直线所成角的大小,着重考查了二面角平面角的作法和异面直线所成角的求法等知识,考查了解三角形的知识,属于中档题.