题目内容

21.如图,已知四棱P-ABCD,PB⊥AD,侧面PAD为边长等于2的正三角形,底面ABCD为菱形,侧面PAD与底面ABCD所成的二面角为120

    (Ⅰ)求点P到平面ABCD的距离;

  (Ⅱ)求面APB与面CPB所成二面角的大小.

21.本小题主要考查组合、概率等基本概念,独立事件和互斥事件的概率以及运用概率知识解决实际问题的能力.

   (Ⅰ)解:如图,作PO⊥平面ABCD,垂足为点O.

连结OB、OA、OD,OB与AD交于点E,连结PE.

∵AD⊥PD,∴AD⊥OB,

∵PA=PD,∴OA=OD,

于是OB平分AD,点E为AD的中点,所以PE⊥AD.

由此知∠PEB为面PAD与面ABCD所成二面角的平面角,

∴∠PEB=120,∠PEO=60.

由已知可求得PE=,

∴PO=PE·sin60=×=,

即点P到平面ABCD的距离为.

(Ⅱ)解法一:

如图建立直角坐标系,其中O为坐标原点,x轴平行于DA.

P(0,0,),B(0,,0),PB中点G的坐标为(0,,),连结AG.

又知A(1,,0),C(-2,,0).

由此得到:=(1,-,-),

=(0,,-),=(-2,0,0).

于是有·=0,·=0,

所以⊥,⊥.,的夹角等于所求二面角的平面角,

于是 cos==-,

所以所求二面角的大小为π-arccos.

解法二:如图,取PB的中点G,PC的中点F,连结EG、AG、GF,则AG⊥PB,

FG∥BC,FG=BC.

∵AD⊥PB,∴BC⊥PB,FG⊥PB,

∴∠AGF是所求二面角的平面角.

∵AD⊥面POB,∴AD⊥EG.

又∵PE=BE,∴EG⊥PB,且∠PEG=60.

在Rt△PEG中,EG=PE·cos60=,

在Rt△GAE中,AE=AD=1,

于是tanGAE==,

又∠AGF=π-∠GAE,

所以所求二面角的大小为π-arctan.

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