题目内容

如图,在矩形中,,又⊥平面,.
(Ⅰ)若在边上存在一点,使,
求的取值范围;
(Ⅱ)当边上存在唯一点,使时,
求二面角的余弦值.

解法1:(Ⅰ)如图,连,由于PA⊥平面ABCD,则由PQ⊥QD,必有.
……2分
设,则,
在中,有.
在中,有.   ……4分
在中,有.
即,即.
∴.
故的取值范围为.                                      ……6分
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,当,时,边BC上存在唯一点Q(Q为BC边的中点),使PQ⊥QD.                                                  
过Q作QM∥CD交AD于M,则QM⊥AD.
  ∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥QM.∴QM⊥平面PAD.
  过M作MN⊥PD于N,连结NQ,则QN⊥PD.
  ∴∠MNQ是二面角A-PD-Q的平面角.                          ……8分
在等腰直角三角形中,可求得,又,进而.
……10分
∴.
故二面角A-PD-Q的余弦值为.               ……12分

解析

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