题目内容

在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCDADBCBC=2AD=4,ABCD

(Ⅰ) 证明:BD⊥平面PAC

(Ⅱ) 若二面角A-PC-D的大小为60°,求AP的值.

 


 (Ⅰ) 设OACBD的交点,作DEBC于点E.由四边形ABCD是等腰梯形得

CE=1, DE=3,

所以BEDE,从而得∠DBC=∠BCA=45°,

所以∠BOC=90°,即ACBD

PA⊥平面ABCDPABD,所以BD⊥平面PAC.       …………4 分

方法一:

  (Ⅱ) 作OHPC于点H,连接DH.由(Ⅰ)知DO⊥平面PAC,故DOPC

所以PC⊥平面DOH,从而得PCOHPCDH

故∠DHO是二面角A-PC-D的平面角,所以∠DHO=60°……8分.

在Rt△DOH中,由DO,得OH

在Rt△PAC中,.设PAx,可得

解得x,即AP.     ………… 12分

方法二:

(Ⅱ) 由(Ⅰ)知ACBD.以O为原点,OBOC所在直线为xy轴,建立空间直角坐标系Oxyz,如图所示.由题意知各点坐标如下:

A(0,-,1),    B(,0, 0),

C(0,,0),    D(-,0, 0).

PA⊥平面ABCD,得PAz轴,故设点P(0,-t) (t>0).设m=(xyz)为平面PDC的法向量,

=(-,-,0),=(-,-t) 知

y=1,得m=(-2,1, ).………….8分

又平面PAC的法向量为n=(1,0,0),

于是|cos< mn>|=.解得t,即

AP.  ………… 12分

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