Question

如图，四棱锥S-ABCD中，平面SAC与底面ABCD垂直，侧棱SA、SB、SC与底面ABCD所成的角均为45°，AD∥BC，且AB=BC=2AD．
（1）求证：四边形ABCD是直角梯形；
（2）求异面直线SB与CD所成角的大小；
（3）求直线AC与平面SAB所成角的大小．

Answer

（1）过S作SO⊥AC于O，由平面和平面垂直的性质定理，得出SO⊥平面ABCD，继而侧棱SA、SB、SC与底面ABCD所成的角均为45°得出AO=BO=CO=SO，从而∠ABC=90°，根据梯形定义即可证明．
（2）建立空间坐标系如图，使Ox⊥AB，Oy⊥BC，设AD=a，利用夹角求解．
（3）求出平面SAB的一个法向量，求出此法向量与夹角，再求线AC与平面SAB所成的角的大小．
【解析】
（1）过S作SO⊥AC于O，
∵平面SAC⊥平面ABCD，平面SAC∩平面ABCD=AC，
由平面和平面垂直的性质定理，得SO⊥平面ABCD，
∵侧棱SA、SB、SC与底面ABCD所成的角均为45°
∴△SOA，△SOB，△SOC，△SOD为全等的等腰直角三角形，
∴AO=BO=CO=SO，
∴∠ABC=90°，即有
又AB=BC=2AD，AD∥BC，
所以四边形ABCD是直角梯形．
（2）建立空间坐标系如图，使Ox⊥AB，Oy⊥BC
设AD=a，则
∴直线SB与CD所成角的大小为
（3）设平面SAB的法向量为
∵=（0，2a，0），=（a，a，-a）．
由得，
取z=1，则=（，0，1），又=（-2a，2a，0），
∴cos＜＞=
∴AC与平面SAB所成的角的大小arcsin．