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已知四棱锥S-ABCD的底面ABCD是正方形,SA⊥底面ABCD,点E是SC上任意一点.

来源:学生作业帮 编辑:神马作文网作业帮 分类:数学作业 时间:2024/11/18 23:44:07
已知四棱锥S-ABCD的底面ABCD是正方形,SA⊥底面ABCD,点E是SC上任意一点.
(Ⅰ)求证:平面EBD⊥平面SAC;
(Ⅱ)设SA=4,AB=2,求点A到平面SBD的距离;
(Ⅲ)当
SA
AB
已知四棱锥S-ABCD的底面ABCD是正方形,SA⊥底面ABCD,点E是SC上任意一点.
证明(Ⅰ)∵ABCD是正方形,∴BD⊥AC,
∵SA⊥底面ABCD,BD⊂面ABCD,∴SA⊥BD,
∵SA∩AC=A,∴BD⊥面SAC,
又∵BDÌ面EBD,∴平面EBD⊥平面SAC;(4分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,BD⊥面SAC,又∵BD⊂面SBD,
∴平面SBD⊥平面SAC,设AC∩BD=O,
则平面SBD∩平面SAC=SO,过A作AF⊥SO交SO于点F,
则AF⊥面SBD,所以线段AF的长就是点A到平面SBD的距离.
∵ABCD是正方形,AB=2,∴AO=
2,
又∵SA=4,△SAO是Rt△,∴SO=3
2,
∵SO×AF=SA×AO,∴AF=
4
3,∴点A到平面SBD的距离为
4
3;(9分)
(Ⅲ)作BM⊥SC于M,连接DM,
∵SA⊥底面ABCD,AB=AD,∴SB=SD,
又∵CB⊥AB,CD⊥AD,∴CB⊥SB,CD⊥SD,
∴△SBC≌△SDC,∴DM⊥SC,
∴∠BMD是二面角B-SC-D的平面角,BM=DM.(11分)
要使∠BMD=120°,只须
BM2+DM2−BD2
2BM•DM=cos120°,
即BM2=
1
3BD2,而BD2=2AB2,∴BM2=
2
3AB2
∵BM×SC=SB×BC,SC2=SB2+BC2,∴BM2×SC2=SB2×BC2

2
3AB2(SB2+BC2)=SB2×BC2
∵AB=BC,∴2SB2+2AB2=3SB2,∴SB2=2AB2
又∵AB2=SB2-SA2,∴AB2=SA2,∴
SA
AB=1,
故当
SA
AB=1时,二面角B-SC-D的大小为120°.(14分)