解答题如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD为菱形,PA⊥平面ABCD,PA=PB=2

发布时间:2020-07-09 04:42:45

解答题如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD为菱形,PA⊥平面ABCD,PA=PB=2,E、F分别为CD、PB的中点,AE=.
(Ⅰ)求证:平面AEF⊥平面PAB.
(Ⅱ)求平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的余弦值.

网友回答

解:(Ⅰ)证明:∵四边形ABCD是菱形,
∴AD=CD=AB=2,在△ADE中,AE=,DE=1,
∴AD2=DE2+AE2,
∴∠AED=90°,即AE⊥CD.
∵AB∥CD,∴AE⊥AB.
∵PA⊥平面ABCD,AE?平面ABCD,
∴PA⊥AE.
∵PA∩AB=A,∴AE⊥平面PAB,
∵AE?平面AEF,
∴平面AEF⊥平面PAB.…(6分)
(Ⅱ)解法一:由(1)知AE⊥平面PAB,而AE?平面PAE,
∴平面PAE⊥平面PAB,…(6分)
∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥CD.
由(Ⅰ)知AE⊥CD,又PA∩AE=A,
∴CD⊥平面PAE,又CD?平面PCD,
∴平面PCD⊥平面PAE.
∴平面PAE是平面PAB与平面PCD的公垂面…(8分)
所以,∠APE就是平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的平面角.…(9分)
在RT△PAE中,PE2=AE2+PA2=3+4=7,即.…(10分)
∵PA=2,∴.
所以,平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的余弦值为.…(12分)
(Ⅱ)解法二:以A为原点,AB、AE分别为x轴、y轴的正方向,
建立空间直角坐标系A-xyz,如图所示.
因为PA=AB=2,AE=,所以A(0,0,0)、P(0,0,2)、E(0,,0)、C(1,,0),
则,,,…(7分)
由(Ⅰ)知AE⊥平面PAB,
故平面PAB的一个法向量为,…(8分)
设平面PCD的一个法向量为,
则,即,令y=2,
则.…(10分)
∴==.
所以,平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的余弦值为.…(12分)解析分析:(Ⅰ)由四边形ABCD是菱形,PA⊥平面ABCD,PA=PB=2,E、F分别为CD、PB的中点,AE=,知AD=CD=AB=2,在△ADE中,AE=,DE=1,所以AE⊥CD.由AB∥CD,知AE⊥AB.由此能够证明平面AEF⊥平面PAB.(Ⅱ)法一:由AE⊥平面PAB,AE?平面PAE,知平面PAE⊥平面PAB,由PA⊥平面ABCD,知PA⊥CD.由AE⊥CD,PA∩AE=A,知CD⊥平面PAE,由CD?平面PCD,知平面PAE是平面PAB与平面PCD的公垂面,由此能够求出平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的余弦值.(Ⅱ)法二:以A为原点,AB、AE分别为x轴、y轴的正方向,建立空间直角坐标系A-xyz,因为PA=AB=2,AE=,所以A(0,0,0)、P(0,0,2)、E(0,,0)、C(1,,0),则,,,由AE⊥平面PAB,知平面PAB的一个法向量为,求出平面PCD的一个法向量.由此能求出平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的余弦值.点评:本题考查平面AEF⊥平面PAB的证明,求平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的余弦值.综合性强,难度大,是高考的重点.解题时要认真审题,仔细解答,注意合理地化空间问题为平面问题,注意向量法的合理运用.
以上问题属网友观点,不代表本站立场,仅供参考!