题目内容

【题目】如图,在四棱锥PABCD中,底面ABCD是矩形,侧面PAD⊥底面ABCDEPA的中点,过CDE三点的平面与PB交于点F,且PA=PD=AB=2.

1)证明:

2)若四棱锥的体积为,则在线段上是否存在点G,使得二面角的余弦值为?若存在,求的值;若不存在,请说明理由.

【答案】1)证明见解析;(2)存在,

【解析】

1)由AB//CD推出CD//平面PAB,利用线面平行的性质可推出CD//EF,又CDAD;(2)由面面垂直的性质证明PO平面ABCD,即可根据四棱锥的体积及勾股定理求出POAD,建立空间直角坐标系,设,由空间向量法利用的余弦值列出方程即可求得.

1)证明:由题意得,AB//CD

AB平面PABCD平面PAB,∴CD//平面PAB.

CD平面CDEF,平面CDEF平面PABEF

CD//EF,又CDAD,∴EFAD.

2)取AD的中点为O,连接POPA=PDPOAD

又平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD平面ABCD=ADPO平面PAD

PO⊥平面ABCD

VPABCD=AB·AD·PO=,则AD·PO=4

PO2+=4,∴PO=AD=2.

BC的中点为H,以OAOHOP所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立如图所示的空间直角坐标系,则P(00)B(20)D(00)C(20)

=(2,-) =(0,-20).

假设存在点G,设

,则

=((1+λ)2λ(1λ))

设平面GCD的法向量为

,可取

又平面的一个法向量,二面角GCDB为锐角,

,解得λ=λ=3(舍).

存在点G,使得二面角GCDB的余弦值为,此时.

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