如图,已知四棱锥P-ABCD的底面是边长为4的正方形,PD⊥底面ABCD,设PD=,M、N分别是PB、AB的中点.(I)求异面直线MN与PD所成角的大小;(II)求二

发布时间:2020-08-04 14:18:38

如图,已知四棱锥P-ABCD的底面是边长为4的正方形,PD⊥底面ABCD,设PD=,M、N分别是PB、AB的中点.
(I)求异面直线MN与PD所成角的大小;
(II)求二面角P-DN-M的大小.

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解:(I)∵四棱锥P-ABCD的底面是边长为4的正方形,PD⊥底面ABCD,设PD=,M、N分别是PB、AB的中点.
以D为坐标原点,DA,DC,DP分别为x,y,z轴正方向,建立空间直角坐标系,
则M(2,2,2),N(4,2,0),P(0,0,),D(0,0,0)
则=(2,0,-2),=(0,0,-),
设异面直线MN与PD所成角为θ
则cosθ==
∴θ=
(II)设=(a,b,c)为平面PDN的一个法向量
则,即
令a=1,则=(1,-2,0)平面PDN的一个法向量
设=(x,y,z)为平面DMN的一个法向量
则,即
令z=1,则=(,-2,1)为平面DMN的一个法向量
设二面角P-DN-M的平面角为α
则cosα==
∴二面角P-DN-M的大小为arccos

解析分析:(I)以D为坐标原点,DA,DC,DP分别为x,y,z轴正方向,建立空间直角坐标系,分别求出异面直线MN与PD的法向量,代入向量夹角公式,即可求出异面直线MN与PD所成角的大小;(II)分别求出平面PDN的一个法向量和平面DMN的一个法向量,代入向量夹角公式,可以求出二面角P-DN-M的余弦值,进而得到二面角P-DN-M的大小.

点评:本题考查的知识点是用空间向量求平面间的夹角,异面直线及其所成的角,解答此类问题的关键是,建立恰当的空间坐标系,求出对应直线的方向向量及平面的法向量,将空间异面直线的夹角问题及二面角问题转化为向量的夹角问题.
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