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如图,四棱锥PABCD中,底面ABCD为矩形,AB=8,AD=4,侧面PAD为等边三角形,并且与底面所成二面角为60°.

(Ⅰ)求四棱锥PABCD的体积;

(Ⅱ)证明PABD.

本小题主要考查棱锥的体积、二面角、异面直线所成的角等知识和空间想象能力、分析问题的能力.

解:(Ⅰ)如图1,取AD的中点E,连结PE,则PEAD.

图1

 作PO⊥平面ABCD,垂足为O,连结OE.

根据三垂线定理的逆定理得OEAD

所以∠PEO为侧面PAD与底面所成二面角的平面角.

由已知条件可知∠PEO=60°,PE=6,

所以PO=3

四棱锥PABCD的体积

VPABCD=

(Ⅱ)解法一:如图1,以O为原点建立空间直角坐标系.通过计算可得

P(0,0,3),A(2,-3,0),B(2,5,0),D(-2,-3,0).

所以 =(2,-3,-3), =(-4,-8,0).

因为?=-24+24+0=0,

所以PABD.

图2

解法二:如图2,连结AO,并延长AOBD于点F.通过计算可得

EO=3,AE=2,又由AD=4AB=8,

得                    .

所以                  Rt△AEO∽Rt△BAD

得                     ∠EAO=∠ABD.

所以                  ∠EAO+∠ADF=90°,

所以                  AFBD.

因为AFPA在平面ABCD内的射影,

所以                  PABD.

练习册系列答案
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如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AB⊥AD,AC⊥CD,∠ABC=60°,PA=AB=BC,
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(Ⅰ)CD⊥AE;
(Ⅱ)PD⊥平面ABE.

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如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是直角梯形,AB∥CD,∠DAB=60°,AB=AD=2CD=2,侧面PAD⊥底面ABCD,且△PAD为等腰直角三角形,∠APD=90°,M为AP的中点.
(1)求证:AD⊥PB;
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如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD是矩形,AB=2,BC=
2
,且侧面PAB是正三角形,平面PAB⊥平面ABCD.
(1)求证:PD⊥AC;
(2)在棱PA上是否存在一点E,使得二面角E-BD-A的大小为45°,若存在,试求
AE
AP
的值,若不存在,请说明理由.

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如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥底面ABCD,且PA=AB=1,AD=
3
,点F是PB中点.
(Ⅰ)若E为BC中点,证明:EF∥平面PAC;
(Ⅱ)若E是BC边上任一点,证明:PE⊥AF;
(Ⅲ)若BE=
3
3
,求直线PA与平面PDE所成角的正弦值.

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如图,四棱锥P-ABCD,PA⊥平面ABCD,ABCD是直角梯形,DA⊥AB,CB⊥AB,PA=2AD=BC=2,AB=2
2
,设PC与AD的夹角为θ.
(1)求点A到平面PBD的距离;
(2)求θ的大小;当平面ABCD内有一个动点Q始终满足PQ与AD的夹角为θ,求动点Q的轨迹方程.

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