解答题如图,在四棱锥P-ABCD中,则面PAD⊥底面ABCD,侧棱PA=PD=,底面A

发布时间:2020-07-09 07:39:26

解答题如图,在四棱锥P-ABCD中,则面PAD⊥底面ABCD,侧棱PA=PD=,底面ABCD为直角梯形,其中BC∥AD,AB⊥AD,AD=2AB=2BC=2,O为AD中点.
(Ⅰ)求证:PO⊥平面ABCD;
(Ⅱ)求异面直线PB与CD所成角的大小;
(Ⅲ)线段AD上是否存在点Q,使得它到平面PCD的距离为?若存在,求出的值;若不存在,请说明理由.

网友回答

解:(Ⅰ)证明:在△PAD中,PA=PD,O为AD的中点,所以PO⊥AD
又侧面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,PO?平面PAD
所以PO⊥平面ABCD.

(Ⅱ)连接BO,在直角梯形ABCD中,BC∥AD,AD=2AB=2BC=2有OD∥BC
且OD=BC,所以四边形OBCD是平行四边形,所以OB∥DC
由(Ⅰ)知PO⊥OB,∠PBC是锐角,
所以∠PBC是异面直线PB与CD所成的角
因为AD=2AB=2BC=2,在Rt△AOB中,AB=1,AO=1,所以OB=
在Rt△AOP中? 因为AP=AO=1,所以OP=1
在Rt△AOP中tan∠PBC=
所以:异面直线PB与CD所成角的大小.

(Ⅲ)假设存在点Q,使得它到平面PCD的距离为.
设QD=x,则,由(Ⅱ)得CD=OB=,
在Rt△POC中,,
所以PC=CD=DP,,
由Vp-DQC=VQ-PCD,得2,所以存在点Q满足题意,此时.

解法二:
(Ⅰ)同解法一.
(Ⅱ)以O为坐标原点,的方向分别为x轴、y轴、z轴的正方向,建立空间直角坐标系O-xyz,
依题意,易得A(0,-1,0),B(1,-1,0),C(1,0,0),D(0,1,0),P(0,0,1),
所以.
所以异面直线PB与CD所成的角是arccos,

(Ⅲ)假设存在点Q,使得它到平面PCD的距离为,
由(Ⅱ)知.
设平面PCD的法向量为n=(x0,y0,z0).
则所以即x0=y0=z0,
取x0=1,得平面PCD的一个法向量为n=(1,1,1).
设,由,得,
解y=-或y=(舍去),
此时,所以存在点Q满足题意,此时.解析分析:法一:(Ⅰ)证明直线PO⊥平面ABCD,因为平面PAD⊥底面ABCD,只需证明面PAD内的直线PO垂直这两个平面的交线即可即;(Ⅱ)连接BO,说明∠PBC是异面直线PB与CD所成的角,然后解三角形,求异面直线PD与CD所成角的大小;(Ⅲ)线段AD上存在点Q,设QD=x,利用等体积方法,求出比值.法二:建立空间直角坐标系,求出向量.利用向量数量积解答(Ⅱ);利用平面的法向量和数量积解答(Ⅲ)即可.点评:本题主要考查直线与平面位置关系、异面直线所成角、点到平面的距离等基本知识,考查空间想象能力、逻辑思维能力和运算能力.第一问就建立坐标系的就会导致错误.再者就是线与线所成角应该在才可
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