题目内容

【题目】已知三棱锥P-ABC的平面展开图中,四边形ABCD为边长等于的正方形,△ABE和△BCF均为正三角形,在三棱锥P-ABC中:

(1)证明:平面PAC⊥平面ABC;

(2)若点M为棱PA上一点且,求二面角P-BC-M的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】

(1)如图①,设AC的中点为O,连结.

由题意,得,PO=2,.

因为在△PAC中,PA=PC,O为AC的中点,所以PO⊥AC.

又因为在△POB中,PO=2,OB=2,PB=,,所以PO⊥OB.

因为AC∩OB=O,AC,OB平面ABC,所以PO⊥平面ABC.

又因为PO平面PAC,所以平面PAC⊥平面ABC.

(2)由PO⊥平面ABC,OB⊥AC,所以.

于是以OC、OB、OP所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立如图②所示的空间直角坐标系,

则,,

,.

设平面MBC的法向量为,则由得,

令,则,即.

设平面PBC的法向量为,由得,

令x2=1,则,即.

.

由图可知,二面角P-BC-M的余弦值为.

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