Question

如图，四面体ABCD中，△ABD和△BCD均为等边三角形，BD=2，O是BD的中点，且AO⊥平面BCD．
（1）求二面角A-BC-D的大小（结果用反三角函数表示）；
（2）求点O到平面ACD的距离．

Answer

（1）以O为原点，OB、OC、OA所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系，分别求出平面BCD，面ABC的一个法向量，利用两个发向量夹角求解．
（2）求出平面ACD的一个法向量，点O到平面ACD的距离 为在方向上投影的绝对值．
【解析】
（1）因为△ABD和△BCD都是等边三角形，O是BD中点，所以AO⊥BD，CO⊥BD，以O为原点，OB、OC、OA所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系．…（1分）
则O（0，0，0），，B（1，0，0），，D（-1，0，0），…（2分）
因为AO⊥平面BCD，所以平面BCD的一个法向量为，…（3分），，
设平面ABC的一个法向量为，
则，，所以，，
即，令z=1，得，y=1，所以，…（5分）
设与的夹角为θ，则，…（6分）
由图形可知，二面角A-BC-D为锐角，
所以二面角A-BC-D的大小为．…（7分）
（2）设平面ACD的一个法向量为，则，，
又，，…（8分）
所以，由，得，令，则v=1，w=1，
故，…（10分）
因为，，…（12分）
所以点O到平面ACD的距离为．…（14分）