Question

如图所示，在三棱锥A-BCD中，∠BDC为锐角，∠CBD=，BC=，CD=AC=2，AB=AD=．
证明：（1）DC⊥BC；
（2）平面BAC⊥平面ACD；
（3）求点C到平面ABD的距离．

Answer

（1）利用正弦定理解△BCD，得sinBDC=，结合∠BDC为锐角得∠BDC=，由三角形内角和定理算出∠BCD=，即得DC⊥BC；
（2）利用勾股定理的逆定理，证出AC⊥CD，结合BC⊥CD，从而证出CD⊥平面BAC，利用线面垂直判定定理即可证出平面BAC⊥平面ACD；
（3）利用题中数据证出△ABC为直角三角形，从而算出S△ABC=2，由锥体体积公式算出VD-ABC=．再利用解三角形知识算出△ABD的面积，利用等体积转换加以计算即可算出点C到平面ABD的距离．
【解析】
（1）在锐角△BCD中，∠CBD=，BC=，CD=2，
∴由正弦定理，得
解之得sinBDC=，结合∠BDC为锐角可得∠BDC=
∴∠BCD=π-∠CBD-∠BDC=，即DC⊥BC；
（2）在△ACD中，AC=CD=2，AD=，
得AC2+CD2=8=AD2，所以AC⊥CD
∵BC⊥CD，AC、BC是平面BAC内的相交直线
∴CD⊥平面BAC
∵CD⊂平面ACD，∴平面BAC⊥平面ACD；
（3）在△ABC中，AC=2，AB=2，BC=2，
∴AC2+AB2=BC2，得AB⊥AC
∴S△ABC=×AB×AC=2
由（2）知DC⊥平面ABC，故VD-ABC=×S△ABC×CD=
Rt△BDC中，BD==4
在△ABD中，AB=AD=2，所以AD2+AB2=BD2，故AB⊥AD
故S△ABD=×AB×AD=4
设点C到平面ABD的距离为h，
可得VC-ABD=VD-ABC，得S△ABD•h=，
即×4×h=，解之得h=，即点C到平面ABD的距离．