如图，S是正方形ABCD所在平面外一点，且SD⊥面ABCD，AB=1，SB=3．（1）求证：BC⊥SC；（2）设M为棱SA中点，求异面直线DM与SB所成角的大小（3）求面ASD与面BSC所成二面角的大小．

Question

如图，S是正方形ABCD所在平面外一点，且SD⊥面ABCD，AB=1，SB=√(3)．
（1）求证：BC⊥SC；
（2）设M为棱SA中点，求异面直线DM与SB所成角的大小
（3）求面ASD与面BSC所成二面角的大小．

Answer 1

（1）证明：∵底面ABCD是正方形，∴BC⊥DC．
∵SD⊥底面ABCD，
∴SD⊥BC，又DC∩SD=D，
∴BC⊥平面SDC，
∴BC⊥SC．…（4分）
（2）取AB中点P，连接MP，DP．
在△ABS中，由中位线定理得MP∥SB，
∴∠DMP或其补角为所求．
∵MP＝(1)/(2)SB＝(√(3))/(2)，又DM＝(√(2))/(2)，DP＝√(1+((1)/(2))2)＝(√(5))/(2)，
∴在△DMP中，有DP²=MP²+DM²，∴∠DMP=90°，
即异面直线DM与SB所成的角为90°．…（8分）
（3）∵SD⊥底面ABCD，且ABCD为正方形，
∴可把四棱锥S-ABCD补形为长方体A₁B₁C₁S-ABCD，
如图2，面ASD与面BSC所成的二面角就是面ADSA₁与面BCSA₁所成的二面角，
∵SC⊥BC，BC∥A₁S，∴SC⊥A₁S，
又SD⊥A₁S，∴∠CSD为所求二面角的平面角．
在Rt△SCB中，由勾股定理得SC=√(2)，
在Rt△SDC中，
由勾股定理得SD=1．
∴∠CSD=45°．即面ASD与面BSC所成的二面角为45°．…（12分）