在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AD∥BC,BC=2AD=4,AB=CD=
.
(Ⅰ) 证明:BD⊥平面PAC;
(Ⅱ) 若二面角A-PC-D的大小为60°,求AP的值.
(Ⅰ) 设O为AC与BD的交点,作DE⊥BC于点E.由四边形ABCD是等腰梯形得
CE=
=1, DE=
=3,
所以BE=DE,从而得∠DBC=∠BCA=45°,
所以∠BOC=90°,即AC⊥BD.
由PA⊥平面ABCD得PA⊥BD,所以BD⊥平面PAC. …………4 分
方法一:
(Ⅱ) 作OH⊥PC于点H,连接DH.由(Ⅰ)知DO⊥平面PAC,故DO⊥PC.
所以PC⊥平面DOH,从而得PC⊥OH,PC⊥DH.
故∠DHO是二面角A-PC-D的平面角,所以∠DHO=60°……8分.
在Rt△DOH中,由DO=
,得OH=
.
在Rt△PAC中,
=
.设PA=x,可得
=
.
解得x=
,即AP=
. ………… 12分
方法二:
(Ⅱ) 由(Ⅰ)知AC⊥BD.以O为原点,OB,OC所在直线为x,y轴,建立空间直角坐标系O-xyz,如图所示.由题意知各点坐标如下:
A(0,-
,1), B(
,0, 0),
C(0,
,0), D(-
,0, 0).
由PA⊥平面ABCD,得PA∥z轴,故设点P(0,-
,t) (t>0).设m=(x,y,z)为平面PDC的法向量,
由
=(-
,-
,0),
=(-
,
,-t) 知
![]()
取y=1,得m=(-2,1,
).………….8分
又平面PAC的法向量为n=(1,0,0),
于是|cos< m,n>|=
=
=
.解得t=
,即
AP=
. ………… 12分
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(本小题满分14分)在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧棱PD与底面ABCD垂直,PD=DC,E是PC的中点,作EF
于点F(Ⅰ)证明PA
平面EBD.
(Ⅱ)证明PB
平面EFD.
(Ⅲ)求二面角
的余弦值;
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