如图在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为a的正方形,侧面PAD⊥底面ABCD,且PA=PD=22AD.(1)求证:面PAB
如图在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为a的正方形,侧面PAD⊥底面ABCD,且PA=PD=22AD.(1)求证:面PAB⊥平面PDC;(2)求二面角B-PD-C...
如图在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为a的正方形,侧面PAD⊥底面ABCD,且PA=PD=22AD.(1)求证:面PAB⊥平面PDC; (2)求二面角B-PD-C的余弦值.
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解:(1)如图,取AD的中点O,连结OP,OF.
∵PA=PD,∴PO⊥AD.
∵侧面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴PO⊥平面ABCD,
而O,F分别为AD,BD的中点,∴OF∥AB,
又ABCD是正方形,故OF⊥AD.
∵PA=PD=
AD,∴PA⊥PD,OP=OA=
.
以O为原点,向量,为x,y,z轴建立空间直线坐标系,
则有A(
,0,0),F(0,
,0),D(-
,0,0),P(0,0,
),B(
,a,0),C(-
,a,0).
∵E为PC的中点,∴E(-
,
,
)
(1)∵
=(
,0,-
),=(0,-a,0)∴??=(,0,-)?(0,-a,0)=0,
∴
⊥
,从而PA⊥CD,又PA⊥PD,PD∩CD=D,
∴PA⊥平面PDC,而PA?平面PAB,
∴平面PAB⊥平面PDC.
(2)由(1)知平面PDC的法向量为
=(
,0,-
).
设平面PBD的法向量为
∵PA=PD,∴PO⊥AD.
∵侧面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴PO⊥平面ABCD,
而O,F分别为AD,BD的中点,∴OF∥AB,
又ABCD是正方形,故OF⊥AD.
∵PA=PD=
| ||
2 |
a |
2 |
以O为原点,向量,为x,y,z轴建立空间直线坐标系,
则有A(
a |
2 |
a |
2 |
a |
2 |
a |
2 |
a |
2 |
a |
2 |
∵E为PC的中点,∴E(-
a |
4 |
a |
2 |
a |
4 |
(1)∵
PA |
a |
2 |
a |
2 |
∴
PA |
CD |
∴PA⊥平面PDC,而PA?平面PAB,
∴平面PAB⊥平面PDC.
(2)由(1)知平面PDC的法向量为
PA |
a |
2 |
a |
2 |
设平面PBD的法向量为