题目内容

【题目】如图,在正四棱锥中,,点、分别在线段、上,.

(1)若,求证:⊥;

(2)若二面角的大小为,求线段的长.

【答案】(1)证明见解析;(2).

【解析】

试题由于图形是正四棱锥,因此设AC、BD交点为O,则以OA为x轴正方向,以OB为y轴正方向,OP为z轴正方向建立空间直角坐标系,可用空间向量法解决问题.(1)只要证明=0即可证明垂直;(2)设=λ,得M(λ,0,1-λ),然后求出平面MBD的法向量,而平面ABD的法向量为,利用法向量夹角与二面角相等或互补可求得.

试题解析: (1)连结AC、BD交于点O,以OA为x轴正方向,以OB为y轴正方向,OP为z轴正方向建立空间直角坐标系.

因为PA=AB=,

则A(1,0,0),B(0,1,0),D(0,-1,0),P(0,0,1).

由=,得N,

由=,得M,

所以,=(-1,-1,0).

因为=0,所以MN⊥AD

(2) 解:因为M在PA上,可设=λ,得M(λ,0,1-λ).

所以=(λ,-1,1-λ),=(0,-2,0).

设平面MBD的法向量=(x,y,z),

由,得

其中一组解为x=λ-1,y=0,z=λ,所以可取=(λ-1,0,λ).

因为平面ABD的法向量为=(0,0,1),

所以cos=,即=,解得λ=,

从而M,N,

所以MN==.

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