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如图,已知四棱锥$S-ABCD$的底面$ABCD$是边长为$1$的正方形,$SD\bot $平面$ABCD$,且$SD=\sqrt{3}$.$(1)$求直线$SB$与平面$ABCD$所成角的余弦值;$(2)$点$E$在棱$SA$上,且满足$SE=2EA$,在直线$BE$上是否存在一点$M$,使$DM$∥平面$SBC$?若存在,求出$BM$的长;若不存在,说明理由.

如图,已知四棱锥$S-ABCD$的底面$ABCD$是边长为$1$的正方形,$SD\bot $平面$ABCD$,且$SD=\sqrt{3}$.$(1)$求直线$SB$与平面$ABCD$所成角的余弦值;$(2)$点$E$在棱$SA$上,且满足$SE=2EA$,在直线$BE$上是否存在一点$M$,使$DM$∥平面$SBC$?若存在,求出$BM$的长;若不存在,说明理由.

(1)由题意$SD\bot $平面$ABCD$,连接$BD$,可得$SD\bot BD$,$BD\subset $平面$ABCD$,

那么直线$SB$与平面$ABCD$所成角为$\angle DSB$,

$\because \triangle SDB$是直角三角形,$SD=\sqrt{3}$.底面$ABCD$是边长为$1$的正方形,

$\therefore DB=\sqrt{2}$,那么$SB=\sqrt{5}$

$\therefore \cos \angle DSB=\frac{SD}{BD}=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}}=\frac{\sqrt{10}}{5}$.

$(2)$过$A$作$SB$的平行线交$BE$于$M$,可得$M$为直线$BE$上一点,

证明$DM$∥平面$SBC$,如下:

$\because AM$∥$SB,AD$∥$BC$,

$AM\cap AD=A$,$SB\cap BC=B$

$SB$、$BC\subset $平面$SBC$,$AM$、$AD\subset $平面$ADM$

$\therefore $平面$ADM$∥平面$SBC$,

而$MD\subset $平面$ADM$

$\therefore MD$∥平面$SBC$.

又$\because SE=2EA$,$\therefore EM=\frac{1}{2}BE$

$\because $底面$ABCD$是边长为$1$的正方形,$SD\bot $平面$ABCD$,

$\therefore EA\bot AB$,

$AB=1$,$AE=\frac{2}{3}$,$\therefore BE=\frac{\sqrt{13}}{3}$,

那么$BM=\frac{3}{2}BE=\frac{\sqrt{13}}{2}$.

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