题目内容

【题目】(2017·全国Ⅱ卷)如图,四棱锥PABCD中,侧面PAD为等边三角形且垂直于底面ABCDABBCADBADABC90°EPD的中点.

(1)证明:直线CE∥平面PAB

(2)M在棱PC上,且直线BM与底面ABCD所成角为45°,求二面角MABD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CEBF ,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EFBF

因为EPD的中点,所以EFADEFAD.

由∠BADABC90°BCAD

BCAD,所以EFBC

四边形BCEF是平行四边形,CEBF

BF平面PAB

CE平面PAB

CE∥平面PAB.

(2)解 由已知得BAAD,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Axyz,则

A(000)B(100)C(110)P(01)

(10,-)(100).

M(xyz)(0<x<1),则

(x1yz)(xy1z).

因为BM与底面ABCD所成的角为45°

n(001)是底面ABCD的法向量,

所以|cosn|sin 45°

(x1)2y2z20.

M在棱PC上,设λ(0λ≤1),则

xλy1zλ.

由①②解得 (舍去)

所以M,从而.

m(x0y0z0)是平面ABM的法向量,则

所以可取m(0,-2).

于是cosmn〉=.

因此二面角MABD的余弦值为.

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