题目内容

【题目】四棱锥P-ABCD的底面是边长为2的正方形,PA⊥平面ABCD,E,F分别为线段AB,BC的中点.

(1)线段AP上一点M,满足,求证:EM∥平面PDF;

(2)若PB与平面ABCD所成的角为45°,求二面角A-PD-F的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】

(1)建立空间直角坐标系,利用·=0,即可证明EM∥平面PDF;

(2)求出平面PDF和平面PAD的一个法向量,利用向量的夹角公式,即可求解二面角的余弦值.

(1)由题意,以A为原点,AB为x轴,AD为y轴,AP为z轴,建立空间直角坐标系,

设PA=a,则A(0,0,0),M(0,0,),P(0,0,a),F(2,1,0),D(0,2,0),

E(1,0,0),所以=(-1,0,),=(2,1,-a),=(0,2,-a),

设平面PDF的法向量=(x,y,z),

则,取z=2,得=(,a,2),

∵·=-+2×=0,EM平面PDF,∴EM∥平面PDF.

(2)因为PB与平面ABCD所成的角为45°,可得PA=AB=2,

所以P(0,0,2),D(0,2,0),F(2,1,0),

所以=(0,2,-2),=(2,1,0),

设平面PDF的法向量为=(x,y,z),

则,取y=1,得=(,1,1),

又由平面PAD的法向量=(1,0,0),

设二面角A-PD-F的平面角为θ,则,

∴二面角A-PD-F的余弦值为.

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