精英家教網(wǎng)精英家教網(wǎng)一個三棱錐S-ABC的三視圖、直觀圖如圖.
(1)求三棱錐S-ABC的體積;
(2)求點(diǎn)C到平面SAB的距離;
(3)求二面角S-AB-C的余弦值.
分析:(1)由已知中的三視圖,我們可以判斷出已知三棱錐B在平面SAC上的正投影為AC的中點(diǎn)D,點(diǎn)S在平面ABC上的正投影為DC的中點(diǎn)O,進(jìn)而我們求出底面ABC的面積和高SO的長,代入棱錐體積公式即可得到答案.
(2)解法一:以O(shè)為原點(diǎn),OA為x軸,過O且平行于BD的直線為y軸,OS為z軸,建立如圖空間直角坐標(biāo)系,求出面SAB的一個法向量
m
,代入公式d=|
CA
m
m
|
,即可求出點(diǎn)C到平面SAB的距離;
解法二:設(shè)點(diǎn)C到平面SAB的距離為d,由三棱錐S-ABC的體積4=VS-ABC=VC-SAB=
1
3
×S△SAB×d
,即可得到點(diǎn)C到平面SAB的距離;
(3)解法一:求出平面ABC一個法向量
n
,結(jié)合(2)中面SAB的一個法向量
m
,代入向量夾角公式,即可得到二面角S-AB-C的余弦值.
解法二:作CH⊥AB于H,作OE∥CH交AB于E,則OE⊥AB,連接SE,因OE是SE在底面ABC內(nèi)的射影,而OE⊥AB,故SE⊥AB,∠SEO為二面角S-AB-C的平面角.解Rt△SEO即可得到到二面角S-AB-C的余弦值.
解答:精英家教網(wǎng)解:(1)由正視圖、俯視圖知AC=4;
由正視圖、側(cè)視圖知,點(diǎn)B在平面SAC上的正投影為AC的中點(diǎn)D,則BD=3,BD⊥平面SAC,BD⊥AC;
由俯視圖、側(cè)視圖知,點(diǎn)S在平面ABC上的正投影為DC的中點(diǎn)O,
則SO=2,SO⊥平面ABC,SO⊥AC.如圖.
三棱錐S-ABC的體積VS-ABC=
1
3
×(
1
2
×4×3)×2=4

(2)解法一:
以O(shè)為原點(diǎn),OA為x軸,過O且平行于BD的直線為y軸,OS為z軸,建立如圖空間直角坐標(biāo)系,可求S(0,0,2)A(3,0,0)B(1,3,0),
SA
=(3,0,-2),
SB
=(1,3,-2)
,
設(shè)
m
=(x,y,z)
是平面SAB的一個法向量,則
m
SA
=3x-2y=0
m
SB
=x+3y-2z=0
,取
m
=(3,2,
9
2
)
精英家教網(wǎng)
可知C(-1,0,0),
CA
=(4,0,0)
,設(shè)點(diǎn)C到平面SAB的距離為d,
d=|
CA
m
m
|=
24
133
133

(2)解法二:可求AB=
AD2+BD2
=
13
,SA=
AO2+SO2
=
13
SB=
SO2+OB2
=
SO2+BD2+DO2
=
14
,精英家教網(wǎng)
△SAB的面積S△SAB=
1
2
×
14
×
(
13
)
2
-(
14
2
)
2
=
133
2
,
設(shè)點(diǎn)C到平面SAB的距離為d,
由三棱錐S-ABC的體積4=VS-ABC=VC-SAB=
1
3
×S△SAB×d
,
d=
12
S△SAB
=
12
133
2
=
24
133
133

(3)解法一:可知
n
=(0,0,1)
是平面ABC一個法向量,故|cos<
m
,
n
>|=|
m
n
|
m
|×|
n
|
|=
9
133
133

二面角S-AB-C的余弦值為
9
133
133

(3)解法二:作CH⊥AB于H,作OE∥CH交AB于E,則OE⊥AB,
連接SE,因OE是SE在底面ABC內(nèi)的射影,而OE⊥AB,故SE⊥AB,∠SEO為二面角S-AB-C的平面角.
△ABC中,易求BA=BC=
13
,
由△ABC的面積,
1
2
×AC×BD=
1
2
×AB×CH
,CH=
AC×BD
AB
=
12
13
13
,
△AEO與△AHC相似,相似比為AO:AC=3:4,故OE=
3
4
CH=
9
13
13
,Rt△SEO中,tan∠SEO=
SO
OE
=
2
13
9

cos∠SEO=
9
92+(2
13
)
2
=
9
133
133
,二面角S-AB-C的余弦值為
9
133
133
點(diǎn)評:本題考查的知識點(diǎn)是二面角的平面角及求法,棱錐的體積,點(diǎn)到平面的距離公式,其中(1)的關(guān)鍵是根據(jù)已知的三視圖判斷出幾何體的形狀及底面棱長,高等關(guān)鍵的幾何量,(2)(3)的解法一(向量法)關(guān)鍵是要建立適當(dāng)?shù)目臻g坐標(biāo)系,熟練掌握向量法求距離和夾角的公式.
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6
、3.已知該三棱錐的四個頂點(diǎn)都在一個球面上,則這個球的表面積為( 。

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6
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16π
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