如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面PAD⊥底面ABCD,E,F分别为PA,BD中点,PA=PD=AD=2.(
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面PAD⊥底面ABCD,E,F分别为PA,BD中点,PA=PD=AD=2.(Ⅰ)求证:EF∥平面PBC;(Ⅱ)求二面...
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面PAD⊥底面ABCD,E,F分别为PA,BD中点,PA=PD=AD=2.(Ⅰ)求证:EF∥平面PBC;(Ⅱ)求二面角E-DF-A的余弦值.
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解答:(Ⅰ)证明:如图,连结AC.
因为底面ABCD是正方形,所以AC与BD互相平分.
又因为F是BD中点,所以F是AC中点.
在△PAC中,E是PA中点,F是AC中点,
所以EF∥PC,又因为EF?平面PBC,
所以EF∥平面PBC;…(5分)
(Ⅱ)取AD中点O,在△PAD中,因为PA=PD,所以PO⊥AD.
因为面PAD⊥底面ABCD,且面PAD∩面ABCD=AD,
所以PO⊥面ABCD,因为OF?平面ABCD,所以PO⊥OF.
又因为F是AC中点,所以OF⊥AD.
如图,以O为原点,OA,OF,OP分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系.
因为PA=PD=AD=2,所以OP=
,则有O(0,0,0),A(1,0,0),B(1,2,0),C(-1,2,0),D(-1,0,0),P(0,0,
),E(
,0,
),F(0,1,0)
于是
=(0,2,0),
=(
,0,
),
=(1,1,0).
显然
=(0,0,
)是平面FAD的一个法向量.
设平面EFD的一个法向量是
=(x,y,z).
故
即
令x=1则
=(1,?1,?
).
所以|cos<
因为底面ABCD是正方形,所以AC与BD互相平分.
又因为F是BD中点,所以F是AC中点.
在△PAC中,E是PA中点,F是AC中点,
所以EF∥PC,又因为EF?平面PBC,
所以EF∥平面PBC;…(5分)
(Ⅱ)取AD中点O,在△PAD中,因为PA=PD,所以PO⊥AD.
因为面PAD⊥底面ABCD,且面PAD∩面ABCD=AD,
所以PO⊥面ABCD,因为OF?平面ABCD,所以PO⊥OF.
又因为F是AC中点,所以OF⊥AD.
如图,以O为原点,OA,OF,OP分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系.
因为PA=PD=AD=2,所以OP=
3 |
3 |
1 |
2 |
| ||
2 |
于是
AB |
DE |
3 |
2 |
| ||
2 |
DF |
显然
OP |
3 |
设平面EFD的一个法向量是
n |
故
|
|
n |
3 |
所以|cos<
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