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如图,四棱锥S-ABCD的底面是正方形,SD⊥平面ABCD.SD=2,manfen5.com 满分网,E是SD上的点.
(Ⅰ)求证:AC⊥BE;
(Ⅱ)求二面角C-AS-D的余弦值.

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法一(Ⅰ)连接BD,证明AC垂直平面BDS内的两条相交直线SD,BD,即可证明AC⊥平面BDS,从而证明AC⊥BE; (Ⅱ)过点D在平面SAD内作DF⊥AS于F,连接CF.说明∠CFD是二面角C-AS-D的平面角,通过解三角形CFD求二面角C-AS-D的余弦值. 法二:以D为原点建立空间直角坐标系D-xyz. (Ⅰ)求出,,计算•=0,即可证明AC⊥BE; (Ⅱ)求平面ACS的法向量为,平面ASD的一个法向量为,计算,求出二面角C-AS-D的余弦值. 【解析】 法一(Ⅰ)连接BD.因为底面ABCD是正方形, 所以AC⊥BD.因为SD⊥平面ABCD, AC⊂平面ABCD,所以AC⊥SD. (2分) 又因为SD∩BD=D,所以AC⊥平面BDS. (4分) 因为BE⊂平面BDS,所以AC⊥BE. (6分) (Ⅱ)因为SD⊥平面ABCD,所以SD⊥CD. 因为底面ABCD是正方形,所以AD⊥CD. 又因为SD∩AD=D,所以CD⊥平面SAD, 所以CD⊥AS. (8分) 过点D在平面SAD内作DF⊥AS于F,连接CF. 由于,DF∩CD=D,所以AS⊥平面DCF.所以AS⊥CF. 故∠CFD是二面角C-AS-D的平面角. (10分) 在Rt△ADS中,SD=2,,可求得. 在Rt△CFD中,,,可求得. 所以.即二面角C-AS-D的余弦值为.(12分) 法二:(Ⅰ)如图以D为原点建立空间直角坐标系D-xyz. 则D(0,0,0),A(,0,0),B(,,0), C(0,,0),E(0,0,),S(0,0,2), ,=. (3分) •=2-2+0=0,所以⊥.即AC⊥BE. (6分) (Ⅱ)由(Ⅰ)得=(,0,-2),=(0,,-2). 设平面ACS的法向量为=(x,y,z), 则由n⊥,n⊥得,即 取,得. (9分) 易知平面ASD的一个法向量为=(0,,0). 设二面角C-AS-D的平面角为θ.则. 即二面角C-AS-D的余弦值为. (12分)
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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