(2014•嘉兴二模)如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AD∥BC,PA=AB=AD=2BC=2,∠BAD

1个回答

  • 解题思路:(Ⅰ)由已知条件推导CD⊥AD,PA⊥CD.从而得到CD⊥AE.由此能证明AE⊥平面PCD.

    (Ⅱ)建立空间直角坐标系A-xyz,利用向量法能求出要使α最小,则cosα最大,由此能求出结果.

    (Ⅰ)证明:当θ=60°时,

    ∵AD∥BC,AB=AD=2BC=2.

    ∴CD⊥AD.

    又PA⊥平面ABCD,∴PA⊥CD.

    ∴CD⊥平面PAD.

    又AE⊂平面PAD,∴CD⊥AE.

    又PA=AD,E是棱PD的中点,

    ∴PD⊥AE.

    ∵PD∩CD=D,∴AE⊥平面PCD.(7分)

    (Ⅱ)如图,建立空间直角坐标系A-xyz,

    则P(0,0,2),B(2sinθ,2cosθ,0),

    C(2sinθ,2cosθ+1,0),D(0,2,0).

    DP=(0,−2,2)、

    DC=(2sinθ,2cosθ−1,0).

    设平面PCD的法向量为

    n=(x,y,z),

    n⊥

    DP

    n⊥

    DC⇒

    −2y+2z=0

    (2sinθ)x+(2cosθ−1)y=0,

    取y=1,得

    n=(

    2cosθ−1

    2sinθ,1,1).

    又平面ABCD的法向量为

    m=(0,0,1).

    设二面角P-CD-A的平面角为α,

    则cosα=

    |

    m•

    n|

    |

    m|•|

    n|=

    1

    (

    2cosθ−1

    2sinθ)2+2,

    要使α最小,则cosα最大,即[2cosθ−1/2sinθ=0,

    ∴cosθ=

    1

    2],得θ=

    π

    3.(8分)

    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.

    考点点评: 本题考查直线与平面垂直的证明,考查使二面角最小的角θ的值的求法,解题时要认真审题,注意空间思维能力的培养.