如图,四棱锥S-ABCD的底面是正方形,侧棱SA⊥底面ABCD,过A作AE垂直SB交SB于E点,作AH垂直SD交SD于H

如图,四棱锥S-ABCD的底面是正方形,侧棱SA⊥底面ABCD,过A作AE垂直SB交SB于E点,作AH垂直SD交SD于H点,平面AEH交SC于K点,且AB=1,SA=2.
(1)设点P是SA上任一点,试求PB+PH的最小值;
(2)求证:E、H在以AK为直径的圆上;
(3)求平面AEKH与平面ABCD所成的锐二面角的余弦值.
lawyu22 1年前 已收到1个回答 举报

alexyzhuo 种子

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解题思路:(1)将侧面SAB绕侧棱SA旋转到与侧面SAD在同一平面内,当B、P、H三点共线时,PB+PH取最小值,这时,PB+PH的最小值即线段BH的长,由此能求出结果.
(2)由已知条件推导出EA⊥BC,从而得到AE⊥平面SBC,EA⊥EK,同理推导出AH⊥KH,由此证明E、H在以AK为直径的圆上.
(3)以A为原点,分别以AB、AD、AS所在的直线为x、y、z轴,建立空间直角坐标系,利用向量法能求出平面AEKH与平面ABCD所成的锐二面角的余弦值.

(1)将侧面SAB绕侧棱SA旋转到与侧面SAD在同一平面内,如图示,
则当B、P、H三点共线时,PB+PH取最小值,
这时,PB+PH的最小值即线段BH的长,(1分)
设∠HAD=α,则∠BAH=π-α,
在Rt△AHD中,∵AH=[SA•AD/SD]=
2

5,
∴cosα=[AH/AD]=
2

5,(2分)
在三角形BAH中,由余弦定理得:
BH2=AB2+AH2-2AB•AH•cos(π-α)
=1+[4/5]-2×
2

5×(−
2

5)=[17/5],
∴(PB+PH)min=BH=

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5.(4分)
(2)证明:∵SA⊥底面ABCD,∴SA⊥BC,又AB⊥BC,
∴BC⊥平面SAB,又EA⊂平面SAB,∴EA⊥BC,(6分)
又∵AE⊥SB,∴AE⊥平面SBC,(7分)
又EK⊂平面SBC,∴EA⊥EK,(8分)
同理 AH⊥KH,∴E、H在以AK为直径的圆上.(9分)
(3)如图,以A为原点,
分别以AB、AD、AS所在的直线为x、y、z轴,
建立空间直角坐标系如图示,(10分)
则S(0,0,2),C(1,1,0),
由(1)可得AE⊥SC,AH⊥SC,∴SC⊥平面AEKH,

点评:
本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;二面角的平面角及求法.

考点点评: 本题考查线段和的最小值的求法,考查两点共圆的证明,考查二面角的余弦值的求法,解题时要注意空间思维能力的培养.

1年前

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