如图,在四棱锥P-ABCD中,侧面PAD是正三角形,且与底面ABCD垂直,底面ABCD是边长为2的菱形,∠BAD=60°

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  • 解题思路:(I)取AD中点O,连接PO,BO.由于△PAD是正三角形,可得PO⊥AD.利用面面垂直的性质可得PO⊥平面ABCD,可得∠PBO为PB与平面ABCD所成的角.由已知可得PO=BO,即可得出PB与平面ABCD所成的角.

    (Ⅱ)利用菱形的性质和△ABD是正三角形,可得AD⊥BO,可得AD⊥平面POB,于是得到AD⊥PB,利用等腰三角形的性质可得AN⊥PB,利用线面垂直的判定定理可得PB⊥平面ADMN.

    (Ⅲ)连接ON,利用PB⊥平面ADMN,可得∠PON为所求二面角的平面角.利用△POB为等腰直角三角形,N为斜边中点,可得PAD与ADMN平面所成锐二面角余弦值.

    (I)取AD中点O,连接PO,BO.如图所示.

    ∵△PAD是正三角形,∴PO⊥AD,

    又∵平面PAD⊥平面ABCD,

    ∴PO⊥平面ABCD,

    ∴BO为PB在平面ABCD上的射影,

    ∴∠PBO为PB与平面ABCD所成的角.

    由已知△ABD为等边三角形,∴PO=BO=

    3,

    ∴PB与平面ABCD所成的角为45°.

    (Ⅱ)证明:由菱形ABCD及∠BAD=60°可得△ABD是正三角形,∴AD⊥BO,∴AD⊥PB,

    又PA=AB=2,N为PB中点,∴AN⊥PB,

    ∵AN∩AD=A,

    ∴PB⊥平面ADMN.

    (Ⅲ)证明:连接ON,∵PB⊥平面ADMN,∴ON为PO在平面ADMN上的射影,

    ∵AD⊥PO,∴AD⊥NO,

    故∠PON为所求二面角的平面角.

    ∵△POB为等腰直角三角形,N为斜边中点,∴∠PON=45°

    COS∠PON=

    2

    2,

    ∴面PAD与ADMN平面所成锐二面角余弦值为

    2

    2.

    点评:

    本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;直线与平面垂直的判定;直线与平面所成的角.

    考点点评: 本题综合考查了线面、面面垂直的判定与性质、菱形的性质、等边三角形的性质、线面角、二面角等基础知识与基本能力,考查了空间想象能力、推理能力和计算能力.