解答题

19. (本小题满分12分)

  如图,在四棱锥PABCD中,底面ABCD是正方形,侧棱PD⊥底面ABCD

PD=DCEPC的中点,作EFPBPB于点F

  1)证明PA//平面EDB

2)证明PB⊥平面EFD

3)求二面角CPBD的大小。

 

 

 

 

 

    


 

本小题考查直线与平面平行,直线与平面垂直,二面角等基础知识,

考查空间想象能力和推理论证能力,满分12分。

  方法一:

  1)证明:连结ACACBDO,连结EO

  ∵底面ABCD是正方形,∴点OAC的中点

  中,EO是中位线,∴PA // EO

  平面EDB平面EDB

  所以,PA // 平面EDB

2)证明:

PD⊥底面ABCD底面ABCD,∴

PD=DC,可知是等腰直角三角形,而DE是斜边PC的中线,

   

同样由PD⊥底面ABCD,得PDBC

∵底面ABCD是正方形,有DCBC,∴BC⊥平面PDC

平面PDC,∴   

由①和②推得平面PBC

平面PBC,∴

,所以PB⊥平面EFD

3)解:由(2)知,,故是二面角CPBD的平面角。

由(2)知,

设正方形ABCD的边长为a,则

   

中,

中,,∴

所以,二面角CPBD的大小为

方法二:如图所示建立空间直角坐标系,D为坐标原点,设

1)证明:连结ACACBDG,连结EG

依题意得

∵底面ABCD是正方形,∴G是此正方形的中心,故点G的坐标为

,这表明PA//EG

平面EDB平面EDB,∴PA//平面EDB

2)证明;依题意得。又

由已知,且,所以平面EFD

3)解:设点F的坐标为,则

从而。所以

由条件知,,即

,解得

∴点F的坐标为,且

,故是二面角CPBD的平面角。

,且

所以,二面角CPBD的大小为

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