解答题如图已知四棱锥P-ABCD的底面ABCD是边长为2的正方形,PD⊥底面ABCD,E,F分别为棱BC,AD的中点.
(1)若PD=1,求异面直线PB和DE所成角的大小.
(2)若二面角P-BF-C的余弦值为,求四棱锥P-ABCD的体积.
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解:(1)E,F分别为棱BC,AD的中点,ABCD是边长为2的正方形
∴DF∥BE且DF=BE
∴DFBE为平行四边形
∴DE∥BF
∠PBF是PB与DE的所成角
△PBF中,BF=,PF=,PB=3
∴
∴异面直线PB和DE所成角的大小为
(2)如图,以D为原点,射线DA,DC,DP分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系.设PD=a,
可得如下点的坐标:
P(0,0,a),F(1,0,0),B(2,2,0)
则有:
因为PD⊥底面ABCD,所以平面ABCD的
一个法向量为m=(0,0,1)
设平面PFB的一个法向量为n=(x,y,z),则可得即
令x=1,得,所以
由已知,二面角P-BF-C的余弦值为,所以得:
解得a=2.
因为PD是四棱锥P-ABCD的高,
∴其体积为解析分析:(1)根据一对对边平行且相等,得到一个四边形是平行四边形,根据平行四边形对边平行,把两条异面直线所成的角表示出来,放到△PBF中,利用余弦定理求出角的余弦值.(2)以D为原点,射线DA,DC,DP分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,设出线段的长,根据条件中所给的两个平面的二面角的值,求出设出的a的值,再求出四棱锥的体积.点评:本题考查立体几何的综合问题,在题目中不是求二面角.二是乙二面角的大小为已知条件,求出图形中的未知量,再进行其他的运算.