如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,AB=2,∠BAD=60°(Ⅰ)求证:BD⊥PC;

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  • (Ⅰ)∵四边形ABCD是菱形,∴AC⊥BD.

    又∵PA⊥平面ABCD,BD?平面ABCD,

    ∴PA⊥BD.

    又∵PA∩AC=A,∴BD⊥平面PAC.

    ∵PC?平面PAC,∴BD⊥PC…(6分)

    (Ⅱ)依题意,知平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD与平面ABCD的交线为AD,

    过点B作BM⊥AD,垂足为M,则BM⊥平面PAD.

    在平面PAD内过M作MN⊥PD,垂足为N,连BN,

    则PD⊥平面BMN,

    ∴∠BNM为二面角A-PD-B的平面角.…(9分)

    ∵AB=AD,∠BAD=60°,

    ∴ BM=

    3

    2 AB=

    3 ,DM=1.…(10分)

    又∵PA=AB,得 MN=

    2

    2 ,∴ BN=

    14

    2 .…(11分)

    ∴Rt△BMN中, cos∠BNM=

    MN

    BN =

    2

    2

    14

    2 =

    7

    7 .

    即二面角A-PD-B的余弦值为

    7

    7 .…(12分)