Question

如圖，在三棱錐S-ABC中，底面ABC是邊長為4的正三角形，側面SAC⊥底面ABC，SA=SC=2

3

，M，N分別為AB，SB的中點．
（Ⅰ）求證：AC⊥SB；
（Ⅱ）求二面角N-CM-B的大小的正切值．

Answer 1

（Ⅰ）取AC的中點0，連結OS、OB．
∵SA=SC，AB=BC，∴AC⊥SO，AC⊥OB．
又∵平面SAC⊥平面ABC，且平面SAC∩ABC=AC，
∴SO⊥平面ABC．
以OA、OB、OS為x軸、y軸、z軸，建立空間直角坐標系O-xyz，如圖所示
可得A（2，0，0），B（0，2

3

，0），C（-2，0，0），S（0，0，2

2

），
M（1，

3

，0），N（0，

3

，

2

）．
∴

AC

=（-4，0，0），

SB

=（0，2

3

，-2

2

）．
∴

AC

•

SB

=-4×0+0×2

3

+0×（-2

2

）=0，
可得

AC

⊥

SB

，即AC⊥SB；
（Ⅱ）由（Ⅰ）得

CM

=（3，

3

，0），

MN

=（-1，0，

2

）
設

n

=（x，y，z）為平面CMN的一個法向量，

CM • n =3x+ 3 y=0 MN • n =-x+ 2 z=0

，
取z=1，得x=

2

，y=-

6

，所以

n

=（

2

，-

6

，1）．
又∵

OS

=（0，0，2

2

）為平面ABC的一個法向量，
∴cos＜

n

，

OS

＞=

n • OS

|n| • |OS|

=

2 2

2+6+1 •2 2

=

1

3

，
可得sin＜

n

，

OS

＞=

1-( 1 3 )2

=

2 2

3

，tan＜

n

，

OS

＞=2

2

，
即二面角二面角N-CM-B的正切值為2

2

．