题目内容
((本小题满分12分)如图,在四棱锥P—ABCD中,
(Ⅰ)设M为PD的中点,求证:
(Ⅱ)若二面角B—PC—D的大小为150°,求此四棱锥的体积.
解法一:(Ⅰ)证明:取PA的中点N,连结BN、NM,

在△PAD中,
,且
;
又
,且
,
所以MN
BC,即四边形BCMN为平行四边形,
.
又
平面PAB,
平面PAB,故
平面PAB. ……5分
(Ⅱ)如图,连结AC,则二面角B—PC—D的大小等于二面角B—PC—A的大小与二面角D—PC—A的大小的和. 由
知
,又
,所以
平面PAC,即平面P
平面PAC,所以二面角D—PC—A的大小为90°. 于是二面角B—PC—A的大小为60°,过B作
于E,过E作
于F,连结BF,由三垂线定理知
为二面角B—PC—A的平面角. ……9分
在Rt△ABC中,
,又易知△PBC为Rt△,且
,
∴
,解得
……11分
所以四棱锥P—ABCD的体积为
……12分
解法二:以A为坐标原点,以AB、AD、AP所在直线为x、y、z轴建立如图所示的空间直角坐标系. 则B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,2,0),P(0,0,
). ……2分
(Ⅱ)由M为PD中点知M的坐标为(0,1,
),所以
.
又平面PAB的法向量可取为
,而
,即
.
又
平面PAB,所以
平面PAB. ……6分
(Ⅱ)设平面PBC的法向量为
.
∵
∴
不妨取
,则
,∴
又设平面PCD的法向量为
.
∵
∴
不妨取
,则
∴
. ……9分
由
的方向可知
,解得
. ……11分
所以四棱锥P—ABCD—体积为
. ……12分解析:
略
在△PAD中,
又
所以MN
又
(Ⅱ)如图,连结AC,则二面角B—PC—D的大小等于二面角B—PC—A的大小与二面角D—PC—A的大小的和. 由
在Rt△ABC中,
∴
所以四棱锥P—ABCD的体积为
解法二:以A为坐标原点,以AB、AD、AP所在直线为x、y、z轴建立如图所示的空间直角坐标系. 则B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,2,0),P(0,0,
(Ⅱ)由M为PD中点知M的坐标为(0,1,
又平面PAB的法向量可取为
又
∵
不妨取
又设平面PCD的法向量为
∵
不妨取
由
所以四棱锥P—ABCD—体积为
略
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