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10立体几何初步★★★★☆
如图,在三棱锥 S−ABCS - ABC 中,SS 在底面上的射影 NN 位于底面的高 CDCD 上;MM 是侧棱 SCSC 上的一点,使截面 MABMAB 与底面所成的角等于 ∠NSC\angle NSC,求证:SCSC 垂直于截面 MABMAB.
\begin{solution} 因为 SNSN 是 SS 在底面上的射影,所以 SN⊥ABSN\perp AB;又因为 CDCD 是底面三角形的高,所以 CD⊥ABCD\perp AB. 在平面 SCDSCD 内过 DD 作直线 ℓ∥SN\ell\parallel SN,则 ℓ⊥AB\ell\perp AB,且 CD⊥ABCD\perp AB. 由于 ℓ\ell 与 CDCD 是平面 SCDSCD 内相交的两条直线,故 AB⊥(SCD)AB\perp\left(SCD\right),从而 AB⊥SCAB\perp SC.
平面 MABMAB 与底面相交于 ABAB. 因为 D∈ABD\in AB,且 MM,D∈(SCD)D\in\left(SCD\right),所以 MDMD 同时位于平面 MABMAB 和平面 SCDSCD 内. 又 MD⊥ABMD\perp AB、CD⊥ABCD\perp AB,故截面与底面所成的角为 ∠MDC\angle MDC. 由题设,∠MDC=∠NSC\angle MDC=\angle NSC. 在平面 SCDSCD 内,SN⊥CDSN\perp CD,因此
∠NSC+∠SCD=π2\angle NSC+\angle SCD=\frac{\pi}{2}
因为 M∈SCM\in SC、N∈CDN\in CD,在三角形 MDCMDC 中有 ∠MCD=∠SCD\angle MCD=\angle SCD. 所以 ∠MDC+∠MCD=π2\angle MDC+\angle MCD=\frac{\pi}{2},从而 ∠DMC=π2\angle DMC=\frac{\pi}{2},即 MD⊥MCMD\perp MC,也就是 MD⊥SCMD\perp SC. 直线 ABAB 与 MDMD 在平面 MABMAB 内相交,且 SCSC 同时垂直于它们,所以 SCSC 垂直于平面 MABMAB. \end{solution}

1983 · 全国 · 理 · 第 10 题 · 解答题

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