题目内容

(14分)如图,三棱锥P―ABC中, PC平面ABC,PC=AC=2,AB=BC,D是PB上一点,且CD平面PAB.

   (I) 求证:AB平面PCB;

   (II) 求异面直线AP与BC所成角的大小;

(III)求二面角C-PA-B的大小.

解析:解法一:(I) ∵PC平面ABC,平面ABC,

∴PCAB.…………………………2分

∵CD平面PAB,平面PAB,

∴CDAB.…………………………4分

又,

∴AB平面PCB.  …………………………5分

 

(II) 过点A作AF//BC,且AF=BC,连结PF,CF.

则为异面直线PA与BC所成的角.………6分

由(Ⅰ)可得AB⊥BC,

∴CFAF.

由三垂线定理,得PFAF.

则AF=CF=,PF=,

在中,  tan∠PAF==,

∴异面直线PA与BC所成的角为.…………………………………9分

(III)取AP的中点E,连结CE、DE.

∵PC=AC=2,∴CE PA,CE=.

∵CD平面PAB,

由三垂线定理的逆定理,得  DE PA.

∴为二面角C-PA-B的平面角.…………………………………11分

由(I) AB平面PCB,又∵AB=BC,可求得BC=.

  在中,PB=,

    .

    在中, sin∠CED=.

∴二面角C-PA-B的大小为arcsin.……14分

解法二:(I)同解法一.

(II) 由(I) AB平面PCB,∵PC=AC=2,

又∵AB=BC,可求得BC=.

以B为原点,如图建立坐标系.

则A(0,,0),B(0,0,0),

C(,0,0),P(,0,2).

,.

…………………7分

    则+0+0=2.

    == .

   ∴异面直线AP与BC所成的角为.………………………10分

(III)设平面PAB的法向量为m= (x,y,z).

,,

则   即

解得   令= -1,  得 m= (,0,-1).

   设平面PAC的法向量为n=().

,,

 则   即

解得   令=1,  得 n= (1,1,0).……………………………12分

    =.

    ∴二面角C-PA-B的大小为arccos.………………………………14分
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