题目内容
(本小题满分14分)
已知一个四棱锥P-ABCD的三视图如下,E是侧棱PC上的动点。
(1)求四棱锥P-ABCD的体积;
(2)是否不论点E在何位置,都有BD⊥AE?证明你的结论;
(3)若点E为PC的中点,求二面角D-AE-B的大小.
(1)解:由该四棱锥的三视图可知,该四棱锥P-ABCD的底面是边长为1的正方形,
侧棱PC⊥底面ABCD,且PC=2. ----------------------
-------2分
∴----------------------------4分
(2) 不论点E在何位置,都有BD⊥AE---------------------------------------5分
证明如下:连结AC,∵ABCD是正方形
∴BD⊥AC ∵PC⊥底面ABCD 且BD平面ABCD ∴BD⊥PC------7分
又∵∴BD⊥平面PAC
∵不论点E在何位置,都有AE平面PAC
∴不论点E在何位置,都有BD⊥AE ----------------------------10分
(3) 解法1:在平面DAE内过点D作DG⊥AE于G,连结BG
∵CD=CB,EC=EC, ∴Rt△ECD≌Rt△ECB
∴ED=EB, ∵AD=AB ∴△EDA≌△EBA
∴BG⊥EA ∴∠DGB为二面角D-EA-B的平面角---------------12分
∵BC⊥DE, AD∥BC ∴AD⊥DE
在Rt△ADE中==BG
在△DGB中,由余弦定理得
∴∠DGB = …..14分
[解法2:以点C为坐标原点,CD所在的直线为x轴建立空间直角坐标系如图示:
则,从而
设平面ADE和平面ABE的法向量分别为m=(a,b,c),n=
由法向量的性质可得:,
令,则,∴m=(1,0,1),n=(0,-1,-1) ------13分
设二面角D-AE-B的平面角为θ,则 , ∴