题目内容

【题目】在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为直角梯形,,,,,且平面平面ABCD.

(1)求证:;

(2)在线段PA上是否存在一点M,使二面角M-BC-D的大小为?若存在,求出的值;若不存在,请说明理由.

【答案】(1)证明见解析;(2)存在,.

【解析】

(1) 过点P在面PAD内作,垂足为O,连接BO、OC,可得,再结已知条件可得是等边三角形,进而判断出四边形OBCD是正方形,从而得面POC,

得;

(2)由于面ABCD,,所以以O坐标原点建立空间直角坐标系,设,则点M的坐标为,求出平面MBC和平面ABCD的法向量,用,求出的值,从而得到的值

(1)证明:过点P在面PAD内作,垂足为O,连接BO、OC

∵面面ABCD,

∴面ABCD,∴

∵,,

∴是等边三角形,∴

又∵,

∴四边形OBCD是正方形,∴,

又,∴面POC,

又面POC,∴.

(2)∵面ABCD,,如图,建立空间直角坐标系﹐

则,,,,

假设在线段PA上存在一点M,使二面角大小为

设,,则,

所以,

∴,,

设面MBC的法向量为,

则,即,令,得,

所以,面ABCD的一个法向量为

∵二面角M-BC-D大小为,

∴

∴或(舍),

所以在线段PA上存在点M满足题设条件且.

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