题目内容
【题目】(12分)
如图,在四棱锥
.
(1)当PB=2时,证明:平面平面ABCD.
(2)当四棱锥的体积为,且二面角为钝角时,求直线PA与平面PCD所成角的正弦值.
【答案】(1)见解析.
(2).
【解析】试题分析:(1)取的中点,连接,,则,由,推出∥,根据,推出,即可证明为矩形,则,即可证明,从而可证平面平面;(2)由,,推出平面,可得平面 平面,过点作平面,根据四棱锥的体积为,即可算出,从而可得的值,以为坐标原点,,所在的直线为,轴,在平面内过点作垂直于平面的直线为轴,建立空间直角坐标系,分别求出向量与平面的一个法向量,即可求出求直线与平面所成角的正弦值.
试题解析:(1)证明:如图,取的中点,连接.
∵为正三角形
∴.
∵
∴
∵
∴,
∴四边形为矩形
∴.
在中,,所以,则.
∵
∴平面
又∵平面
∴平面平面.
(2)解:如图,取的中点,连接,,
平面,所以平面,因为平面,所以平面平面,所以过点作 平面,垂足一定落在平面与平面的交线上.
∵四棱锥的体积为,
∴ ,
∴.
∵
∴
以为坐标原点,所在直线为轴、轴,在平面内过点作垂直于平面的直线为轴,建立空间直角坐标系.由题意可知 ,故
,设平面的法向量为,则,即,令,则,所以.
设直线与平面所成的角为,则.
故直线与平面所成角的正弦值为.
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