求解,立体几何 10
设 E 为 AD 的中点。连接 BE、CE。
因为 AD//BC,BC=AE=ED,所以,四边形 ABCE 和 BCDE 都是平行四边形,且都是菱形。
所以,BE⊥AC(菱形的对角线相互垂直)
又因为 △PAD 是等边三角形,PE 是底边 AD 上的中位线,面 PAD⊥底面 ABCD,所以 PE⊥底面 ABCD
所以,AC⊥PE
既然 AC⊥PE,AC⊥BE,那么 AC⊥面PBE(平面外直线与平面内两条相交直线垂直,则该平面外直线垂直于这个平面)
因此,AC⊥PB
延长 AB、DC相交于 F 点,连接 PF 和 EF。
因为 BC//AD,且 BC=1/2 AD,所以 BC 是 △FAD 的中位线。
那么,AB=BF,FC=CD
也就有 AF = 2AB = AD,DF=2CD=AD
即 △FAD 也是等边三角形,EF = √3 BC。
又因为 △PAD 也是等边三角形,则 PA=PD=AD,PE=√3BC。PE⊥EF。
那么,PA=AF,PD=DF。△PEF 是等腰直角三角形。PF=√2 * √3 BC = √6 BC。
△PAF 和 △PDF 都是等腰三角形。那么,设 G 为 PF 的中点。连接 AG 和 DG。
则根据等腰三角形的性质,可以 AG⊥PF,DG⊥PF(等腰三角形的中位线垂直于底边)。FG = √6 BC/2
所以,AG与DG的夹角就是平面 PAB 与 平面 PCD 的夹角。AG=DG=√(AF²-FG²) =√10 BC/2
那么,在 △AGD 中,AD = 2BC,AG=DG = √10 BC/2,所以:
cos∠AGD = (AG² + DG² - AD²)/(2AG * DG)
= (10/4 + 10/4 - 4)BC²/(2 * 10/4 * BC²)
= 1/5
2022-01-26