Question

（本小题满分12分） 已知四棱锥底面ABCD是矩形，PA⊥平面ABCD， AD＝2，AB＝1，E．F分别是线段AB．BC的中点，

（1）证明：PF⊥FD；

（2）在PA上找一点G，使得EG∥平面PFD；．

（3）若与平面所成的角为，求二面角的余弦值．

 

Answer 1

【答案】

 

（1）证明略

（2）略

（3）

【解析】解：（1）证明：连接AF，则AF＝，DF＝，

又AD＝2，∴DF2＋AF2＝AD2，

∴DF⊥AF．又PA⊥平面ABCD，

∴DF⊥PA，又PA∩AF＝A，

……………4分

（2）过点E作EH∥FD交AD于点H，则EH∥平面PFD且AH＝AD．

再过点H作HG∥DP交PA于点G，则HG∥平面PFD且AG＝AP，

∴平面EHG∥平面PFD

∴EG∥平面PFD

从而满足AG＝AP的点G为所求．………………8分

    ⑶建立如图所示的空间直角坐标系，因为PA⊥平面ABCD ，所以是与平面所成的角．

又有已知得，所以，

所以．

设平面的法向量为，由

得，令，解得：．

所以．

又因为，

所以是平面的法向量，

易得，

所以．

由图知，所求二面角的余弦值为．……………………12分