如图在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,PA⊥底面ABCD,垂足为点A,PA=AB=1,点M,N分别是PD,PB的中点.
(I)求证:PB∥平面ACM;
(II)求证:MN⊥平面PAC;
(III)若,求平面FMN与平面ABCD所成二面角的余弦值.
网友回答
(I)证明:连接AC,BD,AM,MC,MO,MN,且AC∩BD=O
∵点O,M分别是PD,BD的中点
∴MO∥PB,PB?平面ACM
∴PB∥平面ACM.…(4分)
(II)证明:∵PA⊥平面ABCD,BD?平面ABCD
∴PA⊥BD
∵底面ABCD是正方形,∴AC⊥BD
∵PA∩AC=A,∴BD⊥平面PAC…(7分)
在△PBD中,点M,N分别是PD,PB的中点,∴MN∥BD
∴MN⊥平面PAC.…(9分)
(III)解:PA⊥平面ABCD,底面ABCD是正方形,故以A为原点,建立空间直角坐标系
由可得
设平面MNF的法向量为?=(x,y,z)
∵…(11分)
∴,解得:
令x=1,可得=(1,1,5)…(13分)
∵平面ABCD的法向量为∴…(14分)
解析分析:(I)证明PB∥平面ACM,利用线面平行的判定定理,证明PB平行于平面ACM内的一条直线即可;(II)先证明BD⊥平面PAC,再证明MN∥BD,即可得到结论;(III)以A为原点,建立空间直角坐标系,用坐标表示点与向量,求出平面MNF的法向量、平面ABCD的法向量,利用向量的夹角公式即可求得平面FMN与平面ABCD所成二面角的余弦值.
点评:本题考查线面平行、线面垂直、考查面面角,解题的关键是掌握线面平行、线面垂直的判定定理,正确运用向量法求面面角.