Question

（09年湖北八校聯(lián)考文）(12分)如圖，已知正三棱柱的各棱長都為，為棱上的動點(diǎn)．

(Ⅰ)當(dāng)時(shí)，求證：．                              

(Ⅱ) 若，求二面角的大�。�              

(Ⅲ) 在(Ⅱ)的條件下，求點(diǎn)到平面的距離．              

 

Answer 1

解析：解法一 公理化法

（1）當(dāng)時(shí)，取的中點(diǎn)，連接，因?yàn)?IMG height=19 src='http://thumb.zyjl.cn/pic1/img/20090517/20090517082909005.gif' width=45>為正三角形，則，由于為的中點(diǎn)時(shí)，

∵平面,∴平面,∴.………………………………………………4分

（2）當(dāng)時(shí)，過作于,如圖所示，則底面,過作于,連結(jié)，則,為二面角的平面角，

又,

又，

,即二面角的大小為.……………………………8分

(3)設(shè)到面的距離為，則,平面,

即為點(diǎn)到平面的距離，

又，

即解得，

即到平面的距離為.………………………………………12分

解法二 向量法

以為原點(diǎn)，為軸，過點(diǎn)與垂直的直線為軸，為軸，建立空間直角坐標(biāo)系，如圖所示，

設(shè)，則

（1）由得，

則，

，………………………………4分

（2）當(dāng)時(shí)，點(diǎn)的坐標(biāo)是

設(shè)平面的一個(gè)法向量，則即

取，則，

又平面的一個(gè)法向量為

又由于二面角是一個(gè)銳角，則二面角的大小是.……………………8分

（3）設(shè)到面的距離為，

則

到平面的距離為.………………………………………………………………………12分