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如图,四边形中(图1),的中点, 将(图1)沿直线折起,使二面角(如图2).

                   1               2

(1)求证:平面

(2)求异面直线所成角的余弦值;

(3)求点到平面的距离.

 

答案:
(1)证明见解析;(2);(3). 【解析】 (1)取中点,连接,,故,,满足,, 所以是为斜边的直角三角形,,因是的中点,所以为的中位线,由此能够证明平面;(2)以为原点为轴,为轴,建立空间直角坐标系由,知,由此能求出异面直线与所成角;(3)由,知,满足,是平面的一个法向量,由此能求出点到平面的距离. (1) 如图取BD中点M,连接AM,ME.因, 因,满足:, 所以是BC为斜边的直角三角形,, 因是的中点,所以ME为的中位线, ,, 是二面角的平面角=, ,且AM、ME是平面AME内两相交于M的直线 平面AEM, 因,为等腰直角三角形, , . (2)如图,以M为原点MB为x轴,ME为y轴,建立空间直角坐标系, 则由(1)及已知条件可知B(1,0,0),, ,D,C, 设异面直线与所成角为, 则, , 由可知满足, 是平面ACD的一个法向量, 记点到平面的距离d,则在法向量方向上的投影绝对值为d 则,所以d. (2),(3)解法二: 取AD中点N,连接MN,则MN是的中位线,MN//AB,又ME//CD 所以直线与所成角为等于MN与ME所成的角, 即或其补角中较小之一 , ,N为在斜边中点 所以有NE=,MN=,ME=, , =. (3)记点到平面的距离d,则三棱锥B-ACD的体积, 又由(1)知AE是A-BCD的高、, , E为BC中点,AEBC又,, , 所以到平面的距离. 解法三:(1) 因,满足:,, 如图,以D为原点DB为x轴,DC为y轴,建立空间直角坐标系, 则条件可知D(0,0,0), B(2,0,0),C(0,1,0),, A(a,b,c) (由图知a>0,b>0,c>0) , 得 平面BCD的法向量可取, ,所以平面ABD的一个法向量为 则锐二面角的余弦值 从而有, 所以平面 (2)由(1),D(0,0,0), B(2,0,0),C(0,1,0), 设异面直线与所成角为,则, (3)由可知满足, 是平面ACD的一个法向量, 记点到平面的距离d,则在法向量方向上的投影绝对值为d 则, 所以d.
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