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NHBC,根据平几知识可得AMNH为平行四边形,即得MNAH. 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NHBCPB于点H,连接AH

在△PBC中,NHBC,且NHBC=1,AMAD=1.

ADBC,∴NHAM,且NHAM

∴四边形AMNH为平行四边形,∴MNAH.

AH平面PABMN平面PAB,∴MN∥平面PAB.

(2)解:在平面ABCD内作AECDBCE,则AEAD.

分别以AEADAP所在直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系Axyz,则P(0,0,4),M(0,1,0),C(2,2,0),N.

设平面AMN的法向量m=(xyz),=(0,1,0),

m.

设平面PAN的法向量n=(xyz),=(0,0,4),

n=(1,-,0),

则cos〈mn〉=,故二面角PANM的余弦值为.

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