题目内容

在四棱锥P-ABCD中,四边形ABCD为菱形,AB=2,∠DAB=60°,平面PAD⊥平面ABCD,且△PAD为正三角形,E为AD中点,M为线段PC上的一点.
(1)若M为PC中点,求证:ME∥平面PAB;
(2)若二面角M-EB-C的平面角为60°,求直线AB与平面MEB所成角的余弦值.
分析:(1)取BC的中点M,连接MN,NE,通过证线线平行证明平面MNE∥平面PAB,由面面平行的性质可得线面平行;
(2)建立空间直角坐标系,给出相关点的坐标,设出平面MEB的法向量,利用二面角M-EB-C的平面角为60°,求出平面MEB的法向量,再利用向量坐标运算求直线AB与平面MEB所成角的余弦值.
解答:解:(1)取BC的中点M,连接MN,NE,
∵MN∥PB,MN?平面PAB,PB?平面PAB,
∴MN∥平面PAB
∵EN∥AB,EN?平面PAB,AB?平面PAB,
∴NE∥平面PAB,又MN∩NE=N
∴平面MNE∥平面PAB,ME?平面MNE
∴MN∥平面PAB
(2)连接PE,∵△PAD为正三角形,∴PE⊥AD,
∵四边形ABCD为菱形,AB=2,∠DAB=60°,E为AD的中点,AE=1,∴BE⊥AD,
建立空间直角坐标系如图,得E(0,0,0),A(1,0,0),B(0,
3
,0),D(-1,0,0),P(0,0,
3
),C(-2,
3
,0),
PM
PC
=(-2λ,
3
λ,-
3
λ),∴M(-2λ,
3
λ,-
3
λ+
3
),
EM
=(-2λ,
3
λ,-
3
λ+
3

EB
=(0,
3
,0),设平面MEB的法向量
n
=(a,b,c),
EB
n
=
3
b=0⇒b=0,由
EM
n
=-2λa-
3
λc+
3
λ=0⇒a=
3
(1-λ)
c,
平面EBC的法向量
m
=(0,0,1),设
n
=(
3
-
3
λ,0,2λ)
∵二面角M-EB-C的平面角为60°
∴cos
m
n
=
3(1-λ)2+2
=
1
2
,解得λ=
1
3
或-1(舍去),
此时,
n
=(
2
3
3
,0,
2
3
),
AB
=(-1,
3
,0),
cos
n
AB 
=
-
2
3
3
16
9
=-
3
4

所以,所求角的余弦值为
3
4
点评:本题主要考查了用向量方法求直线与平面所成的角、求二面角的余弦值,考查了线面平行的判定,解题的关键是利用二面角M-EB-C的大小,求平面MEB的法向量.
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