题目内容

如图,四边形ABCD为正方形,PD⊥平面ABCD,PD∥QA,QA=AB=
1
2
PD.
(Ⅰ)证明:平面PQC⊥平面DCQ;
(Ⅱ)求平面QBP与平面BPC的夹角余弦值.
考点:二面角的平面角及求法,平面与平面垂直的判定
专题:空间位置关系与距离,空间角,空间向量及应用
分析:(Ⅰ)根据已知条件建立空间直角坐标系,求向量
CD
DQ
PQ
的坐标,求
PQ
CD
PQ
DQ
,从而判断出
PQ
CD
PQ
DQ
,这样即可证明PQ⊥平面DCQ,这样便可证明平面PQC⊥平面DCQ;
(Ⅱ)根据平面的法向量和平面内两向量垂直,求出平面BPC和平面QBP的法向量,根据这两法向量的夹角的余弦值求出这两平面夹角的余弦值.
解答: 解:(Ⅰ)证明:由已知条件知,DA,DP,DC三条直线两两垂直,∴如图,分别以DA,DP,DC所在直线为x轴,y轴,z轴建立D-xyz空间直角坐标系,则可确定以下几点坐标:Q(1,1,0),C(0,0,1),P(0,2,0),D(0,0,0);
DQ
=(1,1,0),
DC
=(0,0,1),
PQ
=(1,-1,0)

PQ
DQ
=0,
PQ
DC
=0
,∴
PQ
DQ
PQ
DC
即PQ⊥DQ,PQ⊥DC,DQ∩DC=D;
∴PQ⊥平面DCQ,又PQ?平面PQC;
∴平面PQC⊥平面DCQ;
(Ⅱ)依题意知:B(1,0,1),∴
CB
=(1,0,0),
BP
=(-1,2,-1)

n
=(x,y,z)
是平面BPC的法向量,则
n
CB
=0
n
BP
=0
,即
x=0
-x+2y-z=0
,解得
x=0
z=2y

∴可取
n
=(0,1,2)

同样,设
m
=(x,y,z)
是平面QBP的法向量,则:
m
BP
=0
m
PQ
=0
,即
-x+2y-z=0
x-y=0
,解得
x=z
y=z

∴取
m
=(1,1,1)

∴设平面QBP与平面BPC的夹角为θ,则cosθ=
m
n
|
m
||
n
|
=
3
5
3
=
15
5
点评:考查建立空间直角坐标系,用向量的方法证明面面垂直,求两平面夹角的方法,向量的数量积,及向量垂直的充要条件,平面法向量的概念,线面垂直的判定定理,面面垂直的判定定理.
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