在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,△ABC是正三角形,AC与BD的交点M恰好是AC中点,又PA=AB=4,∠C

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  • 解题思路:(1)利用线面垂直的判定定理,证明BD⊥平面PAC,可得BD⊥PC;

    (2)设取DC中点G,连接FG,证明平面EFG∥平面PAD,可得FG∥平面PAD,求出AD=CD,即可求AF的长;

    (3)建立空间直角坐标系,求出平面PAC、平面PBC的法向量,利用向量的夹角公式,即可求二面角A-PC-B的余弦值.

    (1)证明:∵△ABC是正三角形,M是AC中点,

    ∴BM⊥AC,即BD⊥AC.

    又∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥BD.

    又PA∩AC=A,∴BD⊥平面PAC.

    ∴BD⊥PC.

    (2)取DC中点G,连接FG,则EG∥平面PAD,

    ∵直线EF∥平面PAD,EF∩EG=E,

    ∴平面EFG∥平面PAD,

    ∵FG⊂平面EFG,

    ∴FG∥平面PAD

    ∵M为AC中点,DM⊥AC,

    ∴AD=CD.

    ∵∠ADC=120°,AB=4,

    ∴∠BAD=∠BAC+∠CAD=90°,AD=CD=

    4

    3

    3,

    ∵∠DGF=60°,DG=

    2

    3

    3,∴AF=1

    (3)分别以AB,AD,AP为x轴,y轴,z轴建立如图的空间直角坐标系,

    ∴B(4,0,0),C(2,2

    3,0),D(0,

    4

    3

    3,0),P(0,0,4).

    DB=(4,-

    4

    3

    3,0)为平面PAC的法向量.

    设平面PBC的一个法向量为

    点评:

    本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;直线与平面平行的性质;与二面角有关的立体几何综合题.

    考点点评: 本题考查线面垂直的判定定理与性质,考查二面角,考查学生分析解决问题的能力,考查向量法的运用,确定平面的法向量是关键.