Question

【题目】如图，四棱锥P-ABCD中，侧面PAD是边长为2的等边三角形且垂直于底， 是的中点。

（1）证明：直线平面；

（2）点在棱上，且直线与底面所成角为，求二面角的余弦值。

Answer 1

【答案】（1）见解析；（2）

【解析】试题分析：（1） 取的中点，连结， ，由题意证得∥，利用线面平行的判断定理即可证得结论；（2）建立空间直角坐标系，求得半平面的法向量： ， ，然后利用空间向量的相关结论可求得二面角的余弦值为．

试题解析：（1）取中点，连结， ．

因为为的中点，所以, ,由得，又

所以．四边形为平行四边形， ．

又， ，故

（2）

由已知得,以A为坐标原点， 的方向为x轴正方向， 为单位长，建立如图所示的空间直角坐标系A-xyz,则

则， ， ， ，

,则

因为BM与底面ABCD所成的角为45°，而是底面ABCD的法向量，所以

，

即（x-1）+y-z=0

又M在棱PC上，学|科网设

由①，②得

所以M，从而

设是平面ABM的法向量，则

所以可取m=（0，-，2）.于是

因此二面角M-AB-D的余弦值为

点睛:（1）求解本题要注意两点：①两平面的法向量的夹角不一定是所求的二面角，②利用方程思想进行向量运算，要认真细心、准确计算．

（2）设m，n分别为平面α，β的法向量，则二面角θ与<m，n>互补或相等，故有|cos θ|＝|cos<m，n>|=．求解时一定要注意结合实际图形判断所求角是锐角还是钝角．