问题标题:
如图,在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD为矩形,SA⊥平面ABCD,二面角S-CD-A的平面角为45°,M为AB中点,N为SC中点.(1)证明:MN∥平面SAD;(2)证明:平面SMC⊥平面SCD;(3)若,求实数λ的值,使得直线SM
问题描述:
如图,在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD为矩形,SA⊥平面ABCD,二面角S-CD-A的平面角为45°,M为AB中点,N为SC中点.
(1)证明:MN∥平面SAD;
(2)证明:平面SMC⊥平面SCD;
(3)若,求实数λ的值,使得直线SM与平面SCD所成角为30°.
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解月剑回答:
【分析】(1)取SD中点E,连接AE,NE,由三角形中位线定理,及M为AB中点,可证明四边形AMNE为平行四边形,则MN∥AE,由线面平行的判定定理即可得到MN∥平面SAD;
(2)由已知中SA⊥平面ABCD,底面ABCD为矩形可得,SA⊥CD,AD⊥CD,由线面垂直的判定定理可得CD⊥平面SAD,则∠SDA即为二面角S-CD-A的平面角,结合已知中二面角S-CD-A的平面角为45°,可得ΔSAD为等腰直角三角形,则AE⊥SD,结合CD⊥AE及线面垂直的判定定理,可得AE⊥平面SCD,则MN⊥平面SCD,最终由面面垂直的判定定理可得
平面SMC⊥平面SCD
(3)若,设AD=SA=a,则CD=λa,结合(2)的结论,可得∠MSN即为直线SM与平面SCD所成角,等于30°,解三角形SAM,即可求出λ值.
证明:(1)取SD中点E,连接AE,NE,
则,
∴四边形AMNE为平行四边形,
∴MN∥AE.
∵MN⊄平面SAD,
∴MN∥平面SAD;
(2)∵SA⊥平面ABCD,
∴SA⊥CD.
∵底面ABCD为矩形,
∴AD⊥CD,
又∵SA∩AD=A,
∴CD⊥平面SAD,
∴CD⊥SD,
∴∠SDA即为二面角S-CD-A的平面角,
即∠SDA=45°,
∴ΔSAD为等腰直角三角形,
∴AE⊥SD.
∵CD⊥平面SAD,
∴CD⊥AE,
又SD∩CD=D,
∴AE⊥平面SCD.
∵MN∥AE,
∴MN⊥平面SCD.
∵MN⊂平面SMC,
∴平面SMC⊥平面SCD;
(3)∵,设AD=SA=a,则CD=λa
由(2)可得MN⊥平面SCD
SN即为SM在平面SCD内的射影,
∴∠MSN即为直线SM与平面SCD所成角,
即∠MSN=30°
而MN=AE=,
∴RtΔSAM中,,而,
∴RtΔSAM中,由得,解得λ=2
当λ=2时,直线SM与平面SCD所成角为30°.
【点评】本题考查的知识点是平面与平面垂直的判定,直线与平面平行的判定,直线与平面所成的角,其中熟练掌握空间直线与平面平行、垂直、夹角的定义、判定、性质是解答本题的关键.
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