题目内容

【题目】已知四棱锥P-ABCD的三视图如下图所示,E是侧棱PC上的动点.

(1)求证:BD⊥AE

(2)若点E为PC的中点,求二面角D-AE-B的大小.

【答案】(1)证明见解析;(2).

【解析】

试题(1)要证明线线垂直,先证明线面垂直,所以观察几何体,先证明平面,而要证明线面垂直,先证明线与平面内的两条相交直线垂直,即证明,;

(2)法一,几何法,观察,所以可选择在平面DAE内过点D作DF⊥AE于F,连结BF,∠DFB为二面角D-AE-B的平面角,或法二,采用空间向量的方法,以点C为原点,CD,CB,CP所在的直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,分别求两个平面的法向量,或.

试题解析:(1)由三视图可知,四棱锥P-ABCD的底面是边长为1的正方形,

侧棱PC⊥底面ABCD,且PC=2.

连结AC,∵ABCD是正方形, ∴BD⊥AC.

∵PC⊥底面ABCD,且BD平面ABCD, ∴BD⊥PC.

又∵AC∩PC=C,∴BD⊥平面PAC.

∵AE平面PAC. ∴BD⊥AE.

(2)解法1:在平面DAE内过点D作DF⊥AE于F,连结BF.

∵AD=AB=1,DE=BE=,AE=AE=,

∴Rt△ADE≌Rt△ABE,

从而△ADF≌△ABF,∴BF⊥AE.

∴∠DFB为二面角D-AE-B的平面角.

在Rt△ADE中,DF=, ∴.

又BD=,在△DFB中,由余弦定理得

cos∠DFB=,

∴∠DFB=,即二面角D-AE-B的大小为

解法2:如图,以点C为原点,CD,CB,CP所在的直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系.则D(1,0,0),A(1,1,0),B(0,1,0),E(0,0,1),

从而=(0,1,0),=(-1,0,1),=(1,0,0),=(0,-1,1).[Z#x设平面ADE和平面ABE的法向量分别为,

由,取

由,取

设二面角D-AE-B的平面角为θ,则,

∴θ=,即二面角D-AE-B的大小为

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