题目内容

(山东卷理)如图,已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为菱形,PA⊥平面ABCD,,E,F分别是BC, PC的中点.

(Ⅰ)证明:AE⊥PD;

(Ⅱ)若H为PD上的动点,EH与平面PAD所成最大角的正切值为,求二面角E—AF—C的余弦值.

解:(Ⅰ)证明:由四边形为菱形,,可得为正三角形.

因为为的中点,所以.

又,因此.

因为平面,平面,所以.

而平面,平面且,

所以平面.又平面,所以.

(Ⅱ)解:设,为上任意一点,连接.

由(Ⅰ)知平面,

则为与平面所成的角.

在中,,

所以当最短时,最大,

即当时,最大.

此时,

因此.又,所以,所以.

解法一:因为平面,平面,所以平面平面.

过作于,则平面,

过作于,连接,则为二面角的平面角,

在中,,,

又是的中点,在中,,

又,

在中,,即所求二面角的余弦值为.

解法二:由(Ⅰ)知两两垂直,以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,又分别为的中点,所以

,

,

所以.

设平面的一法向量为,

则因此取,则,

因为,,,所以平面,

故为平面的一法向量.

又,所以.

因为二面角为锐角,所以所求二面角的余弦值为.

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