Question

一副三角板（如圖），其中△ABC中，AB=AC，∠BAC=90°，△DMN 中，∠MND=90°，∠D=60°，現(xiàn)將兩相等長的邊BC、MN重合，并翻折構(gòu)成四面體ABCD．CD=a
（1）當平面ABC⊥平面BCD（圖（1））時，求直線AD與平面BCD所成角的正弦值
（2）當將平面ABC翻折到使A到B、C、D三點的距離相等時（圖（2）），
①求證：A在平面BCD內(nèi)的射影是BD的中點；
②求二面角A-CD-B的余弦值．

Answer 1

解：（1）過A作AE⊥BC于E，連ED，
∵面ABC⊥面BCD，
∴AE⊥面BCD
∴∠ADE就是AD與面BCD所成的角
∵DC=a，則BC=a，AE=，DE=
∴AD=，∴sin∠ADE=
即AD與面BCD所成角的正弦值為．
（2）①設(shè)A在平面BCD內(nèi)的射影為O，連OB、OC、OD，
∵AB=AC=AD
∴Rt△AOB≌Rt△AOC≌Rt△AOD，
∴OB=OC=OD
∴O是Rt△BCD的外心，即BD邊的中點．
②取CD中點F，連OF、AF，由①得A在面BCD內(nèi)的射影為O，OF∥BC，∴OF⊥CD，
∴AF⊥CD，
∴∠AFO就是二面角A-CD-B的平面角；
∵CD=a，
∴BD=2a，AB=a，
∴AO=a，
又∵OF=BC=a
∴AF=，
∴Rt△AFO中，cos∠AFO==
即二面角A-CD-B的余弦值為
分析：（1）取BC的中點E，先證明AE⊥面BCD，從而找到線面角的平面角，再在直角三角形中計算此角即可（2）將平面ABC翻折到使A到B、C、D三點的距離相等，即三棱錐的三條側(cè)棱相等，則其在底面上的射影也相等，即A在平面BCD內(nèi)的射影是底面三角形的外心，而底面三角形是直角三角形，故可證明①；②取DC中點F，先證明AF⊥CD，OF⊥CD，從而找到二面角的平面角，再在直角三角形中計算此角即可
點評：本題考查了空間直線與平面所成的角，空間二面角的平面角的作法、證法、求法，將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題的思想方法