题目内容
如图,PC⊥平面ABC,∠ACB=90°,D为AB中点,AC=BC=PC=2.
(I)求证:AB⊥平面PCD;
(II)求异面直线PD与BC所成的角的余弦值;
(III)求点C到平面PAD的距离.
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解法一:(I)因为PC⊥平面ABC,AB
平面ABC,所以PC⊥AB.
△ABC中,AC=BC,且D为AB中点,所以CD⊥AB.
又PC∩CD=C,所以AB⊥平面PCD.
(II)如图,取AC中点E,连结DE、PE,则DE∥BC,
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所以∠PDE(或其补角)为异面直线PD与BC所成的角.
因为BC∥DE,AC⊥BC,所以AC⊥DE;
又PC⊥平面ABC,DE
平面ABC,所以PC⊥DE,
因为AC∩PC=C,所以DE⊥平面PAC,
因为PEC平面PAC,所以DE⊥PE.
在Rt△ABC中,因为AC=BC=2,所以AB=2![]()
在Rt△PCD中,因为PC=2,CD=
AB=
,
所以PD=
.
在Rt△PDE中,因为DE=
BC=1.所以cos∠PDE=![]()
即异面直线PD与BC所成的角的余弦值为
.
(III)如图,过C作CF⊥PD交PD于F
因为AB⊥平面PCD,CF
平面PCD,所以AD⊥CF.
因为AD∩PD=D,
所以CF⊥平面PAD.
在Rt△PCD中,CF=
=
.
所以点C到平面PAD的距离是
.
解法二:如图,以C为原点,分别以直线CA、CB、CP为x、y、z轴建立空间直角坐标系.
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则C(O,0,O),A(2,0,0),B(O,2,0),P(O,0,2),所以AB中点D(1,1,0).
(I)因为
=(-2,2,0),
=(1,1,0),
=(0,0,2).
所以
?
= -2×1 + 2×1 + 0×0 = 0,
?
= -2×0 + 2×0 + 0×0 = 0,
所以
⊥
,
⊥
.又CD∩CP=C,
所以AB⊥平面PCD.
(II)
=(1,1,-2),
=(0,2,0).
所以cos(
,
)=![]()
即异面直线PD与BC所成的角的余弦值为
.
(III)设平面PAD的法向量为n=(x,y,z).因为
=(2,0,-2).
则由
得![]()
取x=1,得n=(1,1,1)是平面PAD的一个法向量
又
=(0,0,2),
所以点C到平面PAD的距离![]()
解法三:(Ⅰ)、(Ⅱ)同解法一.
(III)设点C到平面PAD的距离为h,由(Ⅰ)AB⊥平面PCD,
因为CD⊥AD,由三垂线定理,可得AD⊥PD,
又AD=
,PD=
,CD=
,
所以S△PAD=
?AD ?PD=![]()
S△ACD=
?AD?CD=1.
由VC-PAD=VP-ACD,得
?h?S△PAD=
?PC?S△ACD
即
h?
=
×2×1,
解得h=![]()
所以点C到平面PAD的距离是
.