题目内容

14.如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,PA⊥底面ABCD,PA=AD=2AB=2,E为棱BC的中点.
(1)证明:平面PAE⊥平面PDE;
(2)求棱锥A--PDE的高;
(3)设二面角A-PD-E的大小为θ,求cosθ.

分析 (1)由线面垂直得PA⊥DE,由勾股定理得AE⊥DE,由此能证明平面PAE⊥平面PDE.
(2)以A为原点,AB为x轴,AD为y轴,AP为z轴,建立空间直角坐标系,求出$\overrightarrow{PA}$和平面PDE的法向量,由此利用点到平面图的距离公式能求出棱锥A--PDE的高.
(3)求出平面PAD的法向量和平面PDE的法向量,由此利用向量法能求出cosθ.

解答 (1)证明:∵四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,PA⊥底面ABCD,PA=AD=2AB=2,E为棱BC的中点,
∴PA⊥DE,AE=DE=$\sqrt{1+1}$=$\sqrt{2}$,
∴AD2+AE2=AD2,∴AE⊥DE,
∵PA∩AE=A,∴DE⊥平面PAE,
∵DE?平面PDE,∴平面PAE⊥平面PDE.
(2)解:以A为原点,AB为x轴,AD为y轴,AP为z轴,建立空间直角坐标系,
由已知得A(0,0,0),P(0,0,2),E(1,1,0),D(0,2,0),
$\overrightarrow{PE}$=(1,1,-2),$\overrightarrow{PD}$=(0,2,-2),$\overrightarrow{PA}$=(0,0,-2),
设平面PDE的法向量$\overrightarrow{n}$=(x,y,z),
则$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{PD}=2y-2z=0}\\{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{PE}=x+y-2z=0}\end{array}\right.$,取y=1,得$\overrightarrow{n}$=(1,1,1),
∴棱锥A--PDE的高h=$\frac{|\overrightarrow{PA}•\overrightarrow{n}|}{|\overrightarrow{n}|}$=$\frac{|-2|}{\sqrt{3}}$=$\frac{2\sqrt{3}}{3}$.
(3)解:∵平面PAD的法向量$\overrightarrow{m}$=(1,0,0),平面PDE的法向量$\overrightarrow{n}$=(1,1,1),
∴cosθ=|cos<$\overrightarrow{n},\overrightarrow{m}$>|=|$\frac{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{m}}{|\overrightarrow{n}•\overrightarrow{m}|}$|=|$\frac{1}{\sqrt{3}}$|=$\frac{\sqrt{3}}{3}$.

点评 本题考查面面垂直的证明,考查棱锥的高的求法,考查二面角的余弦值的求法,是中档题,解题时要认真审题,注意向量法的合理运用.

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