题目内容

【题目】如图,已知四棱锥P-ABCD的底面是直角梯形,AD∥BC,∠ADC=90,AD=2BC,PA⊥平面ABCD.

(1)设E为线段PA的中点,求证:BE∥平面PCD;

(2)若PA=AD=DC,求平面PAB与平面PCD所成锐二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】

(1)设线段AD的中点为F,根据三角形中位线性质以及平行四边形性质得线线平行,再根据线面平行判定定理得线面平行,最后根据面面平行判定定理得面面平行,即得结论,(2)根据条件建立空间直角坐标系,设立各点坐标,根据方程组解得各面法向量,根据向量数量积求得法向量夹角,最后根据二面角与向量夹角关系得结果.

(1)设线段AD的中点为F,连接EF,BF.

在△PAD中,因为EF为△PAD的中位线,所以EF∥PD.

又EF平面PCD,PD平面PCD,所以EF∥平面PCD.

在底面直角梯形ABCD中,FD∥BC,且FD=BC,

故四边形DFBC为平行四边形,FB∥CD.

又FB平面PCD,CD平面PCD,所以FB∥平面PCD.

又EF平面EFB,FB平面EFB,且EF∩FB=F,所以平面EFB∥平面PCD.

又BE平面EFB,所以BE∥平面PCD.

(2)以A为坐标原点, 的方向为y轴正方向建立如图所示的空间直角坐标系.

设PA=2,则A(0,0,0),P(0,0,2),D(0,2,0),C(2,2,0),B(2,1,0),

=(0,0,2),=(2,1,0),=(0,2, 2), =(2,0,0).

设n=(x,y,z)是平面PAB的法向量,则

,即 ,

令x=1,得y=2,z=0,则n=(1, 2,0)是平面PAB的一个法向量,

同理,m=(0, 1, 1)是平面PCD的一个法向量.

所以cos<m,n>= ,

所以平面PAB与平面PCD所成锐二面角的余弦值为.

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