题目内容
【题目】(2017·全国Ⅱ卷)如图,四棱锥P-ABCD中,侧面PAD为等边三角形且垂直于底面ABCD,AB=BC=AD,∠BAD=∠ABC=90°,E是PD的中点.
(1)证明:直线CE∥平面PAB;
(2)点M在棱PC上,且直线BM与底面ABCD所成角为45°,求二面角M-AB-D的余弦值.
【答案】(1)见解析(2)
【解析】试题分析:(1) 取PA的中点F,根据平几知识得四边形BCEF是平行四边形,即得CE∥BF ,再根据线面平行判定定理证结论,(2) 先根据条件建立空间直角坐标系,设立各点坐标,根据方程组各面法向量,根据向量数量积求向量夹角,最后根据二面角与向量夹角相等或互补关系求二面角M-AB-D的余弦值.
试题解析: (1)证明 取PA的中点F,连接EF,BF,
因为E是PD的中点,所以EF∥AD,EF=AD.
由∠BAD=∠ABC=90°得BC∥AD,
又BC=AD,所以EF綉BC,
四边形BCEF是平行四边形,CE∥BF,
又BF平面PAB,
CE平面PAB,
故CE∥平面PAB.
(2)解 由已知得BA⊥AD,以A为坐标原点,的方向为x轴正方向,||为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系A-xyz,则
A(0,0,0),B(1,0,0),C(1,1,0),P(0,1,),
=(1,0,-),=(1,0,0).
设M(x,y,z)(0<x<1),则
=(x-1,y,z),=(x,y-1,z-).
因为BM与底面ABCD所成的角为45°,
而n=(0,0,1)是底面ABCD的法向量,
所以|cos〈,n〉|=sin 45°,
=,
即(x-1)2+y2-z2=0.①
又M在棱PC上,设=λ(0<λ≤1),则
x=λ,y=1,z=-λ.②
由①,②解得 (舍去),
所以M,从而=.
设m=(x0,y0,z0)是平面ABM的法向量,则
即
所以可取m=(0,-,2).
于是cos〈m,n〉==.
因此二面角M-AB-D的余弦值为.