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 如图,PA⊥平面ABCD,四边形ABCD是正方形,PA=AD=2,M、N分别是AB、PC的中点.

    (1)求二面角P-CD-B的大小;

(2)求证:平面MND⊥平面PCD;

(3)求点P到平面MND的距离.

 

 

 

 

 

 

 

【答案】

 解法一:(1)∵ PA⊥平面ABCD,

∴ AD是PD在平面ABCD上的射影.

由ABCD是正方形知AD⊥CD,

∴ PD⊥CD.

∴ ∠PDA是二面角P-CD-B的平面角.

∵ PA=AD,

∴ ∠PDA=45º,

即二面角P-CD-B的大小为45º.………3分

(2)如图,建立空间直角坐标系至A-xyz,则

P(0,0,2),D(0,2,0),C(2,2,0),

M(1,0,0),

∵ N是PC的中点,

∴ N(1,1,1),

∴ (0,1,1),(-1,1,-1),(0,2,-2).

设平面MND的一个法向量为m=(x1,y1,z1),平面PCD的一个法向量为n=(x2,y2,z2).

∴ m,m,即有 

令z1=1,得x1=-2,y1=-1.

∴ m=(-2,-1,1).

同理由n,n,即有

令z2=1,得x2=0,y2=1,

∴ n=(0,1,1).

∵ m·n=-2×+(-1)×1+1×1=0,

∴ m⊥n.

∴ 平面MND⊥平面PCD.……………………………………………………………6分

(3)设P到平面MND的距离为d.

由(2)知平面MND的法向量m=(-2,-1,1)

∵ m=(0,2,-2)·(-2,-1,1)=-4,

∴ |m |=4.

又 |m|=,

∴ d=

即点P到平面MND的距离为.………………………………………………10分

解法二:(1)同解法一.

(2)作PD的中点E,连接AE,如图.

∵ NE平行且等于,AM平行且等于,

∴ NE与AM平行且相等,于是四边形AMNE是平行四边形,

∴ AE//MN.

∵ PA=AD,

∴ AE⊥PD.

∵ PA⊥面ABCD,

∴ PA⊥CD.

又∵ CD⊥AD,

∴ CD⊥面PAD.

∴ CD⊥AE.

∴ AE⊥面PCD.

∴ MN⊥面PCD.

又∵ MN面MND,

∴ 平面MND⊥平面PCD.……………………6分

(3)设P到平面MND的距离为d,

由,有,

即,

∴ .

∵ 在Rt△PDC中,.

又PD=2,NE=AM=AB=1,

∴,

即P到平面MND的距离为.…………………………………………………10分

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