如图所示,在三棱锥PABC中,已知PC⊥平面ABC,点C在平面PBA内的射影D在直线PB上. (1)求证:AB⊥平面PB

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  • (1)由PC⊥平面ABC,得AB⊥PC.由点C在平面PBA内的射影D在直线PB上,

    得到CD⊥平面PAB.进一步推出AB⊥平面PBC.

    (2)异面直线AP与BC所成的角为60°.

    (3)所求二面角的余弦值为

    .

    试题分析:(1)∵PC⊥平面ABC,AB?平面ABC,

    ∴AB⊥PC.∵点C在平面PBA内的射影D在直线PB上,

    ∴CD⊥平面PAB.

    又∵AB?平面PBA,∴AB⊥CD.

    又∵CD∩PC=C,∴AB⊥平面PBC.

    (2)∵PC⊥平面ABC,

    ∴∠PAC为直线PA与平面ABC所成的角.

    于是∠PAC=45°,设AB=BC=1,则PC=AC=

    ,以B为原点建立如图所示的空间直角坐标系,则B(0,0,0),A(0,1,0),C(1,0,0),P(1,0,

    ),

    =(1,-1,

    ),

    =(1,0,0),

    ∵cos〈

    〉=

    ,∴异面直线AP与BC所成的角为60°.

    (3)取AC的中点E,连接BE,则

    =(

    ,0),

    ∵AB=BC,∴BE⊥AC.又∵平面PCA⊥平面ABC,

    ∴BE⊥平面PAC.∴

    是平面PAC的法向量.设平面PAB的法向量为n=(x,y,z),则由

    取z=1,得

    ∴n=(-

    ,0,1).

    于是cos〈n,

    〉=

    =-

    .

    又∵二面角C-PA-B为锐角,∴所求二面角的余弦值为

    .

    点评:典型题,立体几何题,是高考必考内容,往往涉及垂直关系、平行关系、角、距离、体积的计算。在计算问题中,有“几何法”和“向量法”。利用几何法,要遵循“一作、二证、三计算”的步骤,利用空间向量,省去繁琐的证明,也是解决立体几何问题的一个基本思路。注意运用转化与化归思想,将空间问题转化成平面问题。