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.

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,

    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.

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.

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