题目内容

如图,在底面是矩形的四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,PA=AB=2,BC=4,E是PD的中点.

(1)求点B到平面PCD的距离;

(2)求二面角C-AE-D的余弦值.

解:(1)如图,以A为原点,AD、AB、AP所在的直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系A-xyz,

则依题意可知A(0,0,0),B(0,2,0),C(4,2,0),D(4,0,0),P(0,0,2),

则P=(4,0,-2),C=(0,-2,0),B=(4,0,0).

设平面PCD的一个法向量为

n=(x,y,1),则⇒⇒.

所以平面PCD的一个单位法向量为:

=(,0,),

所以=|(4,0,0)·(,0,)|=,

则点B到平面PCD的距离为.

(2)由(1)可得E(2,0,1),易知平面ADE的一个法向量为n1=(0,1,0).

设平面ACE的一个法向量为n2=(x′,y′,1),

又A=(2,0,1),A=(4,2,0),

则⇒⇒,

所以平面ACE的一个法向量为n2=(-,1,1).

设二面角C-AE-D的大小为θ,

则cos θ===.

结合图形可知二面角C-AE-D的余弦值为.

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