题目内容
【题目】如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面ABCD为梯形,AD∥BC,CD⊥BC,AD=2,AB=BC=3,PA=4,M为AD的中点,N为PC上一点,且PC=3PN.
(1)求证:MN∥平面PAB;
(2)求二面角PANM的余弦值.
【答案】(1)见解析;(2)
【解析】试题分析:(1)作NH∥BC,根据平几知识可得AMNH为平行四边形,即得MN∥AH. 再根据线面平行判定定理得结论(2)先根据空间直角坐标系,再设立各点坐标,根据方程组解得平面法向量,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得结果.
试题解析:
(1)证明:在平面PBC内作NH∥BC交PB于点H,连接AH,
在△PBC中,NH∥BC,且NH=BC=1,AM=AD=1.
∵AD∥BC,∴NH∥AM,且NH=AM,
∴四边形AMNH为平行四边形,∴MN∥AH.
∵AH平面PAB,MN平面PAB,∴MN∥平面PAB.
(2)解:在平面ABCD内作AE∥CD交BC于E,则AE⊥AD.
分别以AE,AD,AP所在直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系A-xyz,则P(0,0,4),M(0,1,0),C(2,2,0),N.
设平面AMN的法向量m=(x,y,z),=(0,1,0),=,
则取m=.
设平面PAN的法向量n=(x,y,z),=(0,0,4),=,
则取n=(1,-,0),
则cos〈m,n〉==,故二面角PANM的余弦值为.
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