题目内容
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(1)求证:面PAB⊥平面PDC;
(2)求二面角B-PD-C的余弦值.
考点:用空间向量求平面间的夹角,平面与平面垂直的判定
专题:空间位置关系与距离,空间角
分析:(1)根据面面垂直的判定定理即可证明面PAB⊥平面PDC;
(2)建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,利用向量法即可求二面角B-PD-C的余弦值.
(2)建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,利用向量法即可求二面角B-PD-C的余弦值.
解答:
解:(1)如图,取AD的中点O,连结OP,OF.
∵PA=PD,∴PO⊥AD.
∵侧面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴PO⊥平面ABCD,
而O,F分别为AD,BD的中点,∴OF∥AB,
又ABCD是正方形,故OF⊥AD.
∵PA=PD=
AD,∴PA⊥PD,OP=OA=
.
以O为原点,向量,为x,y,z轴建立空间直线坐标系,
则有A(
,0,0),F(0,
,0),D(-
,0,0),P(0,0,
),B(
,a,0),C(-
,a,0).
∵E为PC的中点,∴E(-
,
,
)
(1)∵
=(
,0,-
),=(0,-a,0)∴??=(,0,-)?(0,-a,0)=0,
∴
⊥
,从而PA⊥CD,又PA⊥PD,PD∩CD=D,
∴PA⊥平面PDC,而PA?平面PAB,
∴平面PAB⊥平面PDC.
(2)由(1)知平面PDC的法向量为
=(
,0,-
).
设平面PBD的法向量为
=(x,y,z).
∵=(,0,)?,=(-a,-a,0)
∴由
•
=0,
•
=0可得
取x=1,则y=-1,z=-1,故=(1,-1,-1)
∴cos<
,
>=
=
=
,
即二面角B-PD-C的余弦值为
.
∵PA=PD,∴PO⊥AD.
∵侧面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴PO⊥平面ABCD,
而O,F分别为AD,BD的中点,∴OF∥AB,
又ABCD是正方形,故OF⊥AD.
∵PA=PD=
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| a |
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以O为原点,向量,为x,y,z轴建立空间直线坐标系,
则有A(
| a |
| 2 |
| a |
| 2 |
| a |
| 2 |
| a |
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| a |
| 2 |
| a |
| 2 |
∵E为PC的中点,∴E(-
| a |
| 4 |
| a |
| 2 |
| a |
| 4 |
(1)∵
| PA |
| a |
| 2 |
| a |
| 2 |
∴
| PA |
| CD |
∴PA⊥平面PDC,而PA?平面PAB,
∴平面PAB⊥平面PDC.
(2)由(1)知平面PDC的法向量为
| PA |
| a |
| 2 |
| a |
| 2 |
设平面PBD的法向量为
| n |
∵=(,0,)?,=(-a,-a,0)
∴由
| n |
| DP |
| n |
| BD |
取x=1,则y=-1,z=-1,故=(1,-1,-1)
∴cos<
| n |
| PA |
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| a | ||||||
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即二面角B-PD-C的余弦值为
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点评:本题主要考查平面和平面垂直的判定以及空间二面角的计算,建立空间直角坐标系,利用向量法是解决本题的关键.
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