解答题

21.(本小题满分12分)

 

   如图,四棱锥PABCD中,底面ABCD 为矩形,AB=8AD=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、分析问题能力.满分12.

   解:(Ⅰ)如图1,取AD的中点E,连结PE,则PEAD.

PO⊥平面在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与底面所成的二面角的平面角,

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

P003),A2,-30),B250),D(-2,-30

所以

因为 所以PABD.

解法二:如图2,连结AO,延长AOBD于点F.能过计算可得EO=3AE=2

 

又知AD=4AB=8

所以  RtAEORtBAD.

        得∠EAO=ABD.

        所以∠EAO+ADF=90°

   所以  AFBD.

   因为  直线AF为直线PA在平面ABCD 内的身影,所以PABD.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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