解答题

20.(本小题满分12分)

如图,已知四棱锥 PABCDPBAD侧面PAD为边长等于2的正三角形,

底面ABCD为菱形,侧面PAD与底面ABCD所成的二面角为120°.

   (I)求点P到平面ABCD的距离,

II)求面APB与面CPB所成二面角的大小.

 

 

本小题主要考查棱锥,二面角和线面关系等基本知识,同时考查空间想象

能力和推理、运算能力.满分12.

   I)解:如图,作PO⊥平面ABCD,垂足为点O.连结OBOAODOBAD交于点E

连结PE

    ADPB,∴ADOB

PA=PD,∴OA=OD

于是OB平分AD,点EAD的中点,所以PEAD.

由此知∠PEB为面PAD与面ABCD所成二面角的平面角,

∴∠PEB=120°,∠PEO=60°

由已知可求得PE=

PO=PE·sin60°=

即点P到平面ABCD的距离为.

II)解法一:如图建立直角坐标系,其中O为坐标原点,x轴平行于DA.

.连结AG.

又知由此得到:

 

 

所以

等于所求二面角的平面角,

于是

所以所求二面角的大小为  .

解法二:如图,取PB的中点GPC的中点F,连结EGAGGF

AGPBFG//BCFG=BC. 

  ∵ADPB,∴BCPBFGPB

∴∠AGF是所求二面角的平面角.

AD⊥面POB,∴ADEG.

又∵PE=BE,∴EGPB,且∠PEG=60°.

RtPEG中,EG=PE·cos60°=.

RtPEG中,EG=AD=1.

于是tanGAE==,
 

又∠AGF=π-∠GAE.

所以所求二面角的大小为π-arctan.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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