题目内容

解答题:解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤

如图,在四棱锥中,侧棱PA⊥底面ABCD,AD∥BC,∠ABC=,

,.

(1)

求点D到平面PBC的距离;

(2)

求二面角的大小.

答案:
解析:

(1)

  解:如图,在四棱锥中,

∵BC∥AD,从而点D到平面PBC间的距离等于点A

到平面PBC的距离.

∵∠ABC=,∴AB⊥BC,

又PA⊥底面ABCD,∴PA⊥BC,

∴BC⊥平面PAB,………………2分

∴平面PAB⊥平面PBC,交线为PB,

过A作AE⊥PB,垂足为E,则AE⊥平面PBC,

∴AE的长等于点D到平面PBC的距离.

而,∴.………………5分

即点D到平面PBC的距离为.………………6分

  解法二:如图,以A为原点,分别以AD、AB、AP为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系.

依题意,,

∴,

∴.则,,,

,

∴,,.

设平面PBC的一个法向量为,则

令,得,

则点D到平面PBC的距离等于.……………6分

(2)

  方法一:∵PA⊥底面ABCD,∴平面PAD⊥底面ABCD,

引CM⊥AD于M,MN⊥PD于N,则CM⊥平面PAD,

∴MN是CN在平面PAD上的射影,

由三垂线定理可知CN⊥PD,

∴∠CNM是二面角的平面角.…………9分

依题意,,

∴,∴,

可知,∴,

,

∴二面角的大小为.………………12分

  方法二:∵AB⊥PA,AB⊥AD,

∴AB⊥底面PDA,∴平面PDA的一个法向量为.

设平面PDC的一个法向量为,

∵,,∴

令,得,∴.

∵二面角是锐二面角,

∴二面角的大小为.………………12分


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