题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,底面ABCD,底面ABCD为梯形,,,且.

(1)在PD上是否存在一点F,使得平面PAB,若存在,找出F的位置,若不存在,请说明理由;

(2)求二面角的大小.

【答案】(1)在BC上存在点F,当时,有平面PAB.(2)

【解析】

(1)根据条件可得、、两两垂直,以为原点建立坐标系,设,从而得到,若平面,则与平面的法向量垂直,从而得到关于的方程,得到的值,确定出的位置;

(2)利用空间向量求出平面,平面的法向量,根据向量夹角公式,得到两平面法向量的夹角,从而得到二面角的大小.

(1)∵平面ABCD,平面ABCD,

∴,

又,

∴,

则可以为坐标原点,为轴,为轴,为轴,

建立如图所示的空间直角坐标系,

假设在PD上存在一点F,使得平面PAB,

设,

由,得,

由可得,

又,故.

因为,,平面,

所以平面,

故可取平面PAB的一个法向量为,

若平面PAB,则,解得,

故在BC上存在点F,当时,有平面PAB.

(2)由(1)可知

∴

设平面PAD的法向量

则,

令,则,

此时

设平面PBD的法向量

则,

令,则

此时

∴,

∴

∵二面角为锐二面角,

∴二面角的大小为.

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