如图,四棱锥P-ABCD的底面为梯形,BA⊥AD,CD⊥AD,CD=2AB,PA⊥底面ABCD,E为PC的中点.
(I)证明:EB∥平面PAD;
(II)若PA=AD=DC,求二面角E-BD-C的余弦值;
(III)在(II)的条件下,侧棱PB上是否存在一点M,使得AM∥平面BDE.若存在,求PM:MB的值;若不存在,请说明理由.
网友回答
(I)证明:取CD中点F,连接EF、BF,
∵E为PC的中点,∴EF∥PD
∵EF?平面PAD,PD?平面PAD
∴EF∥平面PAD
∵BF∥AD,BF?平面PAD,AD?平面PAD
∴BF∥平面PAD
∵EF∩BF=F
∴平面EBF∥平面PAD
∵EB?平面EBF
∴EB∥平面PAD;
(II)解:建立如图所示的坐标系,
不妨设OB=1,则PA=AD=DC=2
∴B(1,0,0),D(0,2,0),P(0,0,2),C(2,2,0),E(1,1,1),
∴
取平面BDC的法向量,设平面BDE的法向量为=(x,y,1),则
∴x=-2,∴=(-2,-1,1)
∴cos==;
(III)解:假设侧棱PB上存在一点M,使得AM∥平面BDE,令PM=λMB,则M()
∴=()
∵面BDE的法向量为=(-2,-1,1)
∴?=0
∴=0
∴λ=1
∴PM:MB=1时,AM∥平面BDE
解析分析:(I)取CD中点F,连接EF、BF,证明EF∥平面PAD,BF∥平面PAD,可得平面EBF∥平面PAD,从而可得EB∥平面PAD;(II)建立坐标系,求得平面BDC的法向量,平面BDE的法向量=(-2,-1,1),利用向量的夹角公式,可得结论;(III)假设侧棱PB上存在一点M,使得AM∥平面BDE,令PM=λMB,利用面BDE的法向量为=(-2,-1,1),?=0,建立方程,求得λ的值,即可得到结论.
点评:本题考查线面平行,考查面面角,考查存在性问题,考查利用向量方法解决立体几何问题,属于中档题.