题目内容

【题目】已知四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为直角梯形,平面ABCD,且.

(1)求证:平面PBD;

(2)若PB与平面ABCD所成的角为,求二面角D-PC-B的余弦值.

【答案】(1)证明见解析,(2)

【解析】

(1)取CD的中点E,连接AE,BE,BD,证明四边形ABED为正方形,得到,再由线面垂直可得,即可证明平面PBD,再证四边形ABCE为平行四边形,即可得证.

(2)以点D为坐标原点,分别以DA,DC,DP所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,利用空间向量法求出二面角的余弦值.

解:(1)证明:取CD的中点E,连接AE,BE,BD.

.

又,

四边形ABED为正方形,则.

平面ABCD,平面ABCD,

.

平面PBD,平面PBD.

平面PBD.

,

四边形ABCE为平行四边形,

平面PBD.

(2)平面ABCD,

为PB与平面ABCD所成的角,

即,则.

设,则.

以点D为坐标原点,分别以DA,DC,DP所在直线为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,

则,.

平面PDC,

平面PDC的一个法向量.

设平面PBC的法向量,

,

则,

取,则.

设二面角D-PC-B的平面角为,

.

由图可知二面角D-PC-B为锐角,

故二面角D-PC-B的余弦值为.

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