题目内容
如图,在底面是正方形的四棱锥P-ABCD中,PA⊥面ABCD, BD交AC于点E,F是PC中点,G为AC上一点.
(1)求证:BD⊥FG;
(2)确定点G在线段AC上的位置,使FG∥平面PBD,并说明理由;
(3)当二面角B-PC-D的大小为时,求PC与底面ABCD所成角的正切值.
解 (1)以A为原点,AB、AD、PA所在的直线分别为x、y、z轴,
建立空间直角坐标系A-xyz如图所示,
设正方形ABCD的边长为1,PA=a,则A(0,0,0),B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,1,0),P(0,0,a)(a>0),E,F,G(m,m,0)(0<m<).
(2)要使FG∥平面PBD,只需FG∥EP,
而=,
∴G,
∴=,
故当AG=AC时,FG∥平面PBD. ………………8分
(3)设平面PBC的一个法向量为u=(x,y,z),
∴取z=1,得u=(a,0,1),
同理可得平面PDC的一个法向量v=(0,a,1),
设u,v所成的角为θ,则|cosθ|==,
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