题目内容
(本小题满分12分)
已知正四棱锥P—ABCD的底面边长为4,侧面与底面所成的二面角为60°,E、F分别是侧棱PA、PD的中点.求:
(Ⅰ)直线BE与侧棱PC所成的角的大小;
(Ⅱ)AC与截面BCFE所成的角的大小。
解法1:(Ⅰ)分别取AD、BC中点M、N,连结PM交EF于G,连接PN、GN、MN.
则PM⊥AD,MN⊥AD.∠PMN是侧面与底面所成的二面角的平面角.
故∠PMN=60°,△PMN是等边三角形. ………………………………………2分
设AC与MN的交点为O,连结OE,则OE∥PC,
∠ BEO是PC与BE所成的角. ………………4分
∵PO⊥BD,AC⊥BD,
∴BD⊥平面PAC,从而BO⊥OE, AB=4,则OB=2
,OE=
,
tan∠BEO=![]()
,BE与PC所成的角为arctan
; ……………6分
(Ⅱ)过O作OH⊥GN于H,连接CH.
∵BC⊥MN,BC⊥PN,MN∩PN=N,
∴BC⊥平面PMN. ……………………8分
∴平面BCFE⊥平面PMN.
∴OH⊥平面BCFE.
∠OCH是直线AC与平面BCFE所成的角. ………………………………10分
在Rt△OCH中,OH=
MG=1,OC=2
, sin∠OCH =
.
因此AC与平面BCFE所成的角为arcsin
. ……………………………………12分
解法2:同方法一,得PN=PM=MN. …………………2分
建立空间直角坐标系如图,则A(2,-2,0),B(2,2,0),C(-2,2,0),
P(0,0,2
),E(1,-1,
),M(0,-2,0). 3分
(Ⅰ)
(-1,-3,
),
(-2,2,-2
),
设BE与PC所成的角为θ,则cosθ=
=
.
BE与PC所成的角为arccos
; ………………………………………………6分
(Ⅱ)
是平面BCFE的一个法向量,
(0,-2,-2
), …………8分
=(-4,4,0). ………………………………………………………………………9分
设AC与平面BCFE所成的角为α,则sinα=
=
.
AC与平面BCFE所成的角为arcsin
. ……………………………12分