摘要: 解法一: (Ⅰ)取的中点.连.则∥. ∴或其补角是异面直线与所成的角.-1分 设.则. . ∴.------------3分 ∵在中..--5分 ∴异面直线与所成的角为.-----------6分 知.. 因为三棱柱是直三棱柱.∴平面. 又∵∴.-----------------7分 ∴.∴-.∴. 即得.得是的中点.---------8分 连结.设是的中点.过点作于.连结则 . 又∵平面平面∴平面.------9分 而.∴.∴是二面角的平面角.--10分 由得. 即二面角的为.∴所求二面角为.---12分 解法二: (Ⅰ)如图分别以..所在的直线为轴.轴.轴建立空间直角坐标系.-1分 设,则,,,,.-2分 ∴∴.-5分∴异面直线与所成的角为.6分 (Ⅱ)设.则. 由得.知.∴.----8分 设平面的一个法向量为. 则.∵.∴.取.得.-9分 易知平面的一个法向量. ∴.11分∴二面角的大小为.-12分
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如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AC⊥AD,AB⊥BC,∠BAC=45°,PA=AD=2,AC=1.
(Ⅰ)证明PC⊥AD;
(Ⅱ)求二面角A-PC-D的正弦值;
(Ⅲ)设E为棱PA上的点,满足异面直线BE与CD所成的角为30°,求AE的长.
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【解析】解法一:如图,以点A为原点建立空间直角坐标系,依题意得A(0,0,0),D(2,0,0),C(0,1,0),
,P(0,0,2).
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(1)证明:易得
,
于是
,所以![]()
(2)
,
设平面PCD的法向量
,
则
,即
.不防设
,可得
.可取平面PAC的法向量
于是
从而
.
所以二面角A-PC-D的正弦值为
.
(3)设点E的坐标为(0,0,h),其中
,由此得
.
由
,故
所以,
,解得
,即
.
解法二:(1)证明:由
,可得
,又由
,
,故
.又
,所以
.
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(2)如图,作
于点H,连接DH.由
,
,可得
.
因此
,从而
为二面角A-PC-D的平面角.在
中,
,由此得
由(1)知
,故在
中,![]()
因此
所以二面角
的正弦值为
.
(3)如图,因为
,故过点B作CD的平行线必与线段AD相交,设交点为F,连接BE,EF. 故
或其补角为异面直线BE与CD所成的角.由于BF∥CD,故
.在
中,
故![]()
![]()
在
中,由
,
,![]()
可得
.由余弦定理,
,
所以
.
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