题目内容

如图,在三棱锥P-ABC中,点P在平面ABC上的射影D是AC的中点,BC=2AC=8,AB=4
5
.
(Ⅰ)证明:平面PBC⊥平面PAC;
(Ⅱ)若PD=2
3
,求二面角A-PB-C的平面角的余弦值.
考点:用空间向量求平面间的夹角,平面与平面垂直的判定,二面角的平面角及求法
专题:空间角
分析:(Ⅰ)要证平面PBC⊥平面PAC,可以证明平面PBC经过平面PAC的一条垂线BC,由已知点P在平面ABC上的射影D可知PD⊥BC,再通过三角形的边的关系得到AC⊥BC.然后由线面垂直的判定定理得到证明;
(Ⅱ)以C为坐标原点建立如图所示空间直角坐标系,由二面角A-PB-C的两个面的法向量所成角的余弦值求得二面角A-PB-C的平面角的余弦值.
解答: (Ⅰ)证明:如图,

∵点P在平面ABC上的射影是AC的中点,
∴PD⊥平面ABC,又BC?平面ABC,
∴PD⊥BC,
∵BC=2AC=8,AB=4
5
,
∴AB2=AC2+BC2,
故AC⊥BC.
又AC∩PD=D,
BC⊥平面PAC,BC?平面PBC,
∴平面PBC⊥平面PAC;
(Ⅱ)如图建立空间直角坐标系,则C(0,0,0),A(4,0,0),B(0,8,0),P(2,0,2
2
),
BP
=(2,-8,2
3
),
AB
=(-4,8,0)
,
CP
=(2,0,2
3
),
CB
=(0,8,0)
.
设平面PAB的法向量为
n
=(x1,y1,z1)
,
由
n
•
BP
=0
n
•
AB
=0
,得
2x1-8y1+2
3
z1=0
-4x1+8y1=0
,
取y1=1,则z1=2,x1=
2
3
3
,
∴
n
=(2,1,
2
3
3
)
.
设平面PBC的一个法向量为
m
=(x2,y2,z2)
,
由
m
•
CP
=0
m
•
CB
=0
,得
2x2+2
3
z2=0
8y2=0
,
取y2=0,得z2=1,x2=-
3
,
∴
m
=(-
3
,0,1)
.
∴cos<
m
,
n
>=|
m
•
n
|
m
|•|
n
|
|=
2
19
19
.
∴二面角A-PB-C的平面角的余弦值为
2
19
19
.
点评:本题考查面面垂直的判断,考查学生的空间想象能力和思维能力,训练了利用空间向量求二面角的方法,是中档题.
练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网