题目内容

【题目】(本题满分12分)如图,在四棱锥PABCD中,已知PA⊥平面ABCD,且四边形ABCD为直角梯形,∠ABC=∠BADPAAD=2,ABBC=1.

(1)求点D到平面PBC的距离;

(2)设Q是线段BP上的动点,当直线CQDP所成的角最小时,求二面角B-CQ-D的余弦值.

【答案】(1).

(2).

【解析】分析:(1)利用等体积法即可;

(2)建立空间直角坐标系,利用换元法可得,再结合函数上的单调性,计算即得结论.

详解:(1)SBCD=BC×AB=, 由于PA⊥平面ABCD,从而PA即为三棱锥P-BCD的高,VP-BCD=SBCD×PA=.

设点D到平面PBC的距离为h.

PA⊥平面ABCDPABC,又由于BCAB,BC⊥平面PAB,所以BCPB.

由于BP,所以SPBC=BC×PB=.故VD-BCP=SBCP×h=h

因为VP-BCD=VD-BCP,所以h=.

(2)以{ }为正交基底建立如图所示的空间直角坐标系A-xyz,则各点的坐标为B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,2,0),P(0,0,2).

λ,(0≤λ≤1)

因为=(-1,0,2),所以=(-λ,0,2λ),

=(0,-1,0),得=(-λ,-1,2λ),

=(0,-2,2),

从而cos〉=.

设1+2λtt∈[1,3],

cos2〉=.

当且仅当t,即λ时,|cos〉|的最大值为.

因为ycos x上是减函数,此时直线CQDP所成角取得最小值.

又因为BP,所以BQBP.

=(0,-1,0),=(1,1,-2)

设平面PCB的一个法向量为m=(xyz),

m·=0,m·=0,

得: y=0,令z=1,则x=2.

所以m=(2,0,1)是平面PCB的一个法向量.

=(-λ,-1,2λ)=(-,-1,),=(-1,1 ,0)

设平面DCQ的一个法向量为n=(xyz),

n·=0,n·=0,

x=4,则 y=4,z=7,

所以n=(4,4,7)是平面DCQ的一个法向量.

从而cosmn〉=

又由于二面角B-CQ-D为钝角,所以二面角B-CQ-D的余弦值为-.

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