如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,且PA⊥平面ABCD,PA=AD=2,AB=1,BM⊥PD于点M.

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  • 分析:(1)可通过证明PD⊥平面ABM由线面垂直的性质定理证明AM⊥PD;

    (2)法一:求直线CD与平面ACM所成的角的余弦值,可通过作出其平面角,解三角形求之.

    法二:用向量法给出空间坐标系,及各点的坐标,求出直线的的方向向量的坐标以及平面的法向量的坐标,再由公式 sinα=|CD→•n⇀|CD→||n→||求出线面角的正弦值,进而求出余弦值.

    菁优网(1)证明:∵PA⊥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,∴PA⊥AB.

    ∵AB⊥AD,AD∩PA=A,AD⊂平面PAD,PA⊂平面PAD,

    ∴AB⊥平面PAD.

    ∵PD⊂平面PAD

    ∴AB⊥PD,

    ∵BM⊥PD,AB∩BM=B,AB⊂平面ABM,BM⊂平面ABM,∴PD⊥平面ABM.

    ∵AM⊂平面ABM,∴AM⊥PD.

    (2)解法1:由(1)知,AM⊥PD,又PA=AD,

    则M是PD的中点,在Rt△PAD中,

    得 AM=2,在Rt△CDM中,得 MC=MD2+DC2=3,

    ∴ S△ACM=12AM•MC=62.

    设点D到平面ACM的距离为h,由VD-ACM=VM-ACD,

    得 13S△ACM•h=13S△ACD•12PA.解得 h=63,

    设直线CD与平面ACM所成的角为θ,则 sinθ=hCD=63,

    ∴ cosθ=33.

    ∴直线CD与平面ACM所成的角的余弦值为 33.

    解法2:如图所示,以点A为坐标原点,建立空间直角坐标系A-xyz,

    则A(0,0,0),P(0,0,2),B(1,0,0),C(1,2,0),D(0,2,0),M(0,1,1).

    ∴ AC→=(1,2,0),AM→=(0,1,1),CD→=(-1,0,0).

    设平面ACM的一个法向量为 n⇀=(x,y,z),

    由 n⇀⊥AC→,n⇀⊥AM→可得:{x+2y=0y+z=0.

    令z=1,得x=2,y=-1.∴ n⇀=(2,-1,1).

    设直线CD与平面ACM所成的角为α,则 sinα=|CD→•n⇀|CD→||n→||=63.

    ∴ cosα= √3/3.∴直线CD与平面ACM所成的角的余弦值为 √3/3.