题目内容

如图在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为a的正方形,侧面PAD⊥底面ABCD,且PA=PD=
2
2
AD.
(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.
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=
2
2
AD
,∴PA⊥PD,OP=OA=
a
2

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
,0,0)
F(0,
a
2
,0)
D(-
a
2
,0,0)
P(0,0,
a
2
)
B(
a
2
,a,0)
C(-
a
2
,a,0)

∵E为PC的中点,∴E(-
a
4
a
2
a
4
)

(1)∵
PA
=(
a
2
,0,-
a
2
)
,=(0,-a,0)∴??=(,0,-)?(0,-a,0)=0,
PA
CD
,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
PA
=(
a
2
,0,-
a
2
)

设平面PBD的法向量为
n
=(x,y,z)

∵=(,0,)?,=(-a,-a,0)
∴由
n
DP
=0,
n
BD
=0
可得
取x=1,则y=-1,z=-1,故=(1,-1,-1)
cos<
n
PA
>=
n
PA
|
n
||
PA
|
=
a
2
2
3
=
6
3

即二面角B-PD-C的余弦值为
6
3
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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