题目内容

【题目】如图所示,在四棱锥中,底面为矩形,平面,点在线段上,平面.

(Ⅰ)证明:平面

(Ⅱ)若,求二面角的正切值.

【答案】(1)见解析 ; (2)3 .

【解析】

试题分析: (1)证明线面垂直,一般利用线面垂直判定及性质定理,经多次转化得证:先由线面垂直PA⊥平面ABCD得线线垂直PA⊥BD.同理PC⊥BD.,再由线线垂直得线面垂直BD⊥平面PAC. (2)求二面角正切值,一般利用空间直角坐标系,根据空间向量数量积进行求解:先建立恰当直角坐标系,设各点坐标,利用方程组得两平面法向量,再根据向量数量积求其夹角余弦值,最后根据同角三角函数关系求正切值.

试题解析:(1)证明 ∵PA⊥平面ABCDBD平面ABCD

∴PA⊥BD.

同理由PC⊥平面BDE,可证得PC⊥BD.

PA∩PCP∴BD⊥平面PAC.

(2)

如图,

分别以射线ABADAPx轴、y轴、z轴的正半轴建立空间直角坐标系.

(1)BD⊥平面PAC

AC平面PAC∴BD⊥AC.

故矩形ABCD为正方形,

∴ABBCCDAD2.

∴A(0,0,0)B(2,0,0)C(2,2,0)D(0,2,0)P(0,0,1)

(2,0,-1)(0,2,0)(2,2,0)

设平面PBC的一个法向量为n(xyz),则

x1n(1,0,2)

∵BD⊥平面PAC

(2,2,0)为平面PAC的一个法向量.

cos<n>

设二面角BPCA的平面角为α,由图知0<α<

∴cos αsin α

∴tan α3,即二面角BPCA的正切值为3.

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