解答题如图,四棱锥P-ABCD的底ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,AD=2,AB=

发布时间:2020-07-09 04:40:19

解答题如图,四棱锥P-ABCD的底ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,AD=2,AB=1,E,F分别是AB,BC的中点N在轴上.
(I)求证:PF⊥FD;
(II)在PA上找一点G,使得EG∥平面PFD;
(III)若PB与平面ABCD所成的角为45°,求二面角A-PD-F的余弦值.

网友回答

(Ⅰ)证明:连接AF,则AF=DF=

又AD=2,∴DF2+AF2=AD2,∴DF⊥AF
又PA⊥平面ABCD,
∴DF⊥PA,又PA∩AF=A,
∴DF⊥平面PAF,PF?平面PAF
∴DF⊥PF;
(Ⅱ)解:过点E作EH∥FD交AD于点H,则EH∥平面PFD,且有AH=
再过点H作HG∥DP交PA于点G,则HG∥平面PFD且AG=AP,
∴平面GEH∥平面PFD,∴EG∥平面PFD.
从而满足AG=AP的点G即为所求;
(Ⅲ)解:∵PA⊥平面ABCD,
∴∠PBA是PB与平面ABCD所成的角,且∠PBA=45°.
∴PA=AB=1
取AD的中点M,则FM⊥AD,FM⊥平面PAD,
在平面PAD中,过M作MN⊥PD于N,连接FN,则PD⊥平面FMN,所以∠MNF即为二面角A-PD-F的平面角
∵Rt△MND∽Rt△PAD,
∴=,
∵PA=1,MD=1,PD=,且∠FMN=90°
∴MN=,FN=,cos∠MNF==.解析分析:(I)连接AF,由勾股定理可得DF⊥AF,由PA⊥平面ABCD,利用线面垂直性质定理可得DF⊥PA,再由线面垂直的判定定理得到DF⊥平面PAF,进而可得PF⊥FD;(Ⅱ)过点E作EH∥FD交AD于点H,过点H作HG∥DP交PA于点G,由此可确定G点位置,使得EG∥平面PFD;(Ⅲ)确定∠PBA是PB与平面ABCD所成的角,取AD的中点M,则FM⊥AD,FM⊥平面PAD,在平面PAD中,过M作MN⊥PD于N,连接FN,确定∠MNF即为二面角A-PD-F的平面角,进而可得结论.点评:本题考查线面垂直的判定,考查线面平行,考查面面角,解题关键是熟练掌握空间线面关系的判定,性质,正确作出面面角.
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