题目内容

如图,在四棱锥PABCD中,顶点P在底面ABCD内的射影恰好落在AB的中点O上,又∠BAD=90°,BCAD,且BCABAD=1∶2∶2.

(1)求证:PDAC;

(2)若PO=BC,求直线PDAB所成的角;

(3)若平面APB与平面PCD所成的角为60°,求的值.

解:因为AB中点O为点P在平面ABCD内的射影,所以PO⊥底面ABCD.以O为坐标原点,AB所在直线为x轴,OP所在直线为z轴,建立空间直角坐标系Oxyz(如图).?

?

(1)    证明:设BC=a,OP=h,则依据题意B(a,0,0),A(-a,0,0),P(0,0,h),C(a,a,0),D(-a,2a,0).

=(2a,a,0),=(-a,2a,-h),于是·=-2a2+2a2=0.?

PDAC.                                                                                                             ?

(2)由PO=BC,得h=a,于是P(0,0,a).?

=(2a,0,0),=(-a,2a,-a),?

·=-2a2,                                                                                           

?cos〈,〉== -.?

∴ 直线PDAB所成的角的余弦值为.?

(3)设平面PAB的法向量为m,可得m=(0,1,0).?

设平面PCD的法向量为n=(x,y,z),由PC=(a,a,-h),PD=(-a,2a,-h),?

ax+ay-hz=0,-ax+2ay-hz=0,解得n=(1,2,).?

m·n=2,?

cos〈m,n〉=.?

∵二面角为60°,?

=4.?

解得=,即=.

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