如图,四面体ABCD中,O、E分别为BD、BC的中点,CA=CB=CD=BD=2,AB=AD=,(Ⅰ

如图,四面体ABCD中,O、E分别为BD、BC的中点,CA=CB=CD=BD=2,AB=AD=

(Ⅰ)求证:AO⊥平面BCD;

(Ⅱ)求异面直线AB与CD所成角的大小;

(Ⅲ)求点E到平面ACD的距离.

答案

解:

方法一:(Ⅰ)证明:连接OC

∵BO=DO,AB=AD,∴AO⊥BD.

∵BO=DO,BC=CD,∴CO⊥BD.

在△AOC中,由已知可得AO=1,CO=

而AC=2,∴AO2+CO2=AC2,∴∠AOC=90°,即AO⊥OC.

∵BD∩OC=O,∴AO⊥平面BCD

(Ⅱ)提示:取AC的中点M,连接OM、ME、OE,由E为BC的中点知ME∥AB,OE∥DC

∴直线OE与EM所成的锐角就是异面直线AB与CD所成的角在△OME中,EM=AB=,OE=DC=1,

∵OM是直角斜边AC上的中线,∴OM=AC=1,

∴cos∠OEM=

∴异面直线AB与CD所成角的大小为arccos

(Ⅲ)提示:设点E到平面ACD的距离为h.

∵VE-ACD=VA-CDE,∴h·S△ACD=AO·S△CDE.

在△ACD中,CA=CD=2,AD=

∴S△ACD=.

而AO=1,S△CDE=,

∴h=

∴点E到平面ACD的距离为

方法二:(1)同方法一.

(Ⅱ)提示:以O为原点,如图建立空间直角坐标系,则

B(1,0,0),D(-1,0,0),C(0,,0),A(0,0,1)

E(0),=(-1,0,1),=(-1,-,0).

∴cos<>=

∴异面直线AB与CD所成角的大小为arccos.

(Ⅲ)提示:设平面ACD的法向量为n

=(x,y,z),则

令y=1,得n

=()是平面ACD的一个法向量.

=(,0),

∴点E到平面ACD的距离h=

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