题目内容

(本小题满分12分)

已知正四棱锥PABCD的底面边长为4,侧面与底面所成的二面角为60°,EF分别是侧棱PAPD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ADBC中点MN,连结PMEFG,连接PNGN、MN.

PMADMNAD.∠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

ACMN的交点为O,连结OE,则OEPC

BEOPCBE所成的角.                             ………………4分

POBDACBD

BD⊥平面PAC,从而BOOEAB=4,则OB=2OE=,      

tan∠BEO=BEPC所成的角为arctan;  ……………6分

(Ⅱ)过OOHGNH,连接CH.

BCMNBCPNMNPN=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

RtOCH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),

BEPC所成的角为θ,则cosθ== .

BEPC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

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

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