题目内容

【题目】如图,四棱锥中,底面是平行四边形,,,平面.

(1)证明:平面;

(2)求直线与平面所成角的正弦值.

【答案】(1)证明见解析;(2).

【解析】

(1)根据菱形对角线互相垂直及平面ABCD,由线面垂直的判定定理得到平面PBD;

(2)可直接作出线面角用几何法求之,也可建立空间直角坐标系用向量法求之.

(Ⅰ)底面ABCD是平行四边形且,

是菱形,即,

又平面ABCD,得,

所以平面PBD.

(Ⅱ)方法一(几何法):

取BC的中点Q,

连结PQ,DQ,交AC于点G,

过点G作,连HC,

在平行四边形ABCD中且

是正三角形,即点G为重心,

又平面ABCD,得,又,

即平面PDQ,所以面面PDQ,

由作法知,平面PBC,

所以就是直线AC与平面PBC所成的角,

设,则,再由相似求得

在,,

所以直线AC与平面PBC所成角的正弦值是.

方法二(坐标法):

取PB的中点Q,以O为原点,分别以OA,OB,OQ为轴建立空间直角坐标系,

设,则,,,,,

,,,

设平面PBC法向量,

则,

取,

记直线AC与平面PBC所成角为,

得,

所以直线AC与平面PBC所成角的正弦值是.

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