如图,已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为蓌形,PA⊥平面ABCD,∠ABC=60°,E,F分别是BC,PC的中点。&

1个回答

  • (1)见解析

    (2)

    (Ⅰ)要证AE⊥PD ,先证AE⊥平面PAD,需要证明PA⊥AE,转化为证PA⊥平面ABCD;(Ⅱ)建立坐标系计算二面角E-AF-C的余弦值.

    (Ⅰ)证明:由四边形ABCD为菱形,∠ABC=60°,可得△ABC为正三角形.

    因为E为BC的中点,所以AE⊥BC.又BC∥AD,因此AE⊥AD.

    因为PA⊥平面ABCD,AE

    平面ABCD,所以PA⊥AE.

    而PA

    平面PAD,AD

    平面PAD 且PA∩AD=A,

    所以 AE⊥平面PAD,又PD

    平面PAD.所以 AE⊥PD. 6分

    (Ⅱ)由(Ⅰ)知AE,AD,AP两两垂直,以A为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系A-xyz,

    设AB=2,AP=a,则A(0,0,0),B(

    ,-1,0),C(

    ,1,0),D(0,2,0),P(0,0,a),E(

    ,0,0),F(

    ),

    所以

    =(

    ,-1,-a),且

    =(

    ,0,0)为平面PAD的法向量,设直线PB与平面PAD所成的角为θ,

    由sinθ=|cos<

    >|=

    =

    =

    8分

    解得a="2" 所以

    =(

    ,0,0),

    =(

    ,1)

    设平面AEF的一法向量为m=(x 1,y 1,z 1),则

    ,因此

    取z 1=-1,则m=(0,2,-1), 10分 因为BD⊥AC,BD⊥PA,PA∩AC=A,所以BD⊥平面AFC,故

    为平面AFC的一法向量.又

    =(-

    ,3,0),

    所以cos<m,

    >=

    .

    因为二面角E-AF-C为锐角,所以所求二面角的余弦值为

    .