三、解答题

(20) (本小题满分12分)

如图,已知四棱锥P-ABCD的底面ABCD为等腰梯形,ABCD,ACBD,ACBD

相交于点O,且顶点P在底面上的射影恰为O点,又BO=2,PO=,PBPD.

()求异面直线PDBC所成角的余弦值;

()求二面角P-AB-C的大小;

()设点M在棱PC上,且为何值时,PC⊥平面BMD.

 

 

 

 

 

 

 

解法一:

    PO⊥平面ABCD,∴POBD

    PBPDBO=2PO=

    由平面几何知识得:  OD=1PD=PB

()DDEBC交于ABE.连结PE,则

PDE或其补角为异面直线PDBC所成的角.

    ∵四边形ABCD是等腰梯形,

    OC=OD=1OB=OA=2OAOB

    BC=AB=2CD=

    ABDC

    ∴四边形EBCD是平行四边形.

    ED=BC=BE=CD=

    EAB的中点,且AE=

    PA=PB=

    ∴△PEA为直角三角形.

    PE=

    在△PED中,由余弦定理得:

    cosPDE=

    故异面直线PDBC所成的角的余弦值为.

()连结OE,由()及三垂线定理知,∠PEO为二面角P-AB-C的平面角.

    sinPEO=

    ∴∠PEO=45°.

    ∴二面角P-AB-C的大小为45°.

()连结MDMBMO

    PC⊥平面BMDOM平面BMD

    PCOM

    又在RtPOC中,

    PC=PD=OC=1PO=

    PM=MC=

    =2.

    故λ=2时,PC⊥平面BMD

解法二:

    PO⊥平面ABCD

    POBD

    PBPDBO2PO=

    由平面几何知识得:

    ODOC1BOAO2

    O为原点,OAOBOP分别为xyz轴建立如图所示的空间直角

坐标系,则各点坐标为O(000)A(200)B(020)

C(-100)D(0-10)P(00)

(Ⅰ)∵=0-1-),

=-1-20),

||=||=·=2.

cos=

                   =

    故直线PDBC所成的角的余弦值为

()设平面PAB的一个法向量为n=(xyz)

    由于=(-220)=(-20)

                  

n=(11),又易知平面ABCD的一个法向量m(001)

   

又二面角P-AB-C为锐角,

 

    ∴所求二面角P-AB-C的大小为45°.

()M(x00z0),由于PMC三点共线,

    z0=x0+             (1)

    PC⊥平面BMD

    OMPC

    (-10-)·(x00z0)=0

    x0+z0=0              (2)

    (1)(2)知:

    x0=-z0=.

    M(-0).

    ∴λ=2.

    故λ=2时,PC⊥平面BMD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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