如图,三棱锥P-ABC中,PC⊥平面ABC,PC=AC=2,AB=BC,D是PB上一点,且CD⊥平面PAB.(Ⅰ)求证:AB⊥平面

如图,三棱锥P-ABC中,PC⊥平面ABC,PC=AC=2,AB=BC,D是PB上一点,且CD⊥平面PAB.(Ⅰ)求证:AB⊥平面PCB;(Ⅱ)求异面直线AP与BC所成角... 如图,三棱锥P-ABC中,PC⊥平面ABC,PC=AC=2,AB=BC,D是PB上一点,且CD⊥平面PAB.(Ⅰ)求证:AB⊥平面PCB;(Ⅱ)求异面直线AP与BC所成角的大小;(Ⅲ)求二面角C-PA-B的大小. 展开
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解法一:(Ⅰ)∵PC⊥平面ABC,AB?平面ABC,∴PC⊥AB.
∵CD⊥平面PAB,AB?平面PAB,∴CD⊥AB.
又PC∩CD=C,∴AB⊥平面PCB.
(Ⅱ)过点A作AF BC,且AF=BC,连接PF,CF.则∠PAF为异面直线PA与BC所成的角.
由(Ⅰ)可得AB⊥BC,∴CF⊥AF. 由三垂线定理,得PF⊥AF.则AF=CF=
2
,PF=
P C 2 +CF^
=
6

在Rt△PFA中,tan∠PAF=
PF
AF
=
6
2
=
3
,即∠PAF=
π
3

∴异面直线PA与BC所成的角为
π
3

(Ⅲ)取AP的中点E,连接CE、DE.
∵PC=AC=2,∴CE⊥PA,CE=
2

∵CD⊥平面PAB,由三垂线定理的逆定理,得DE⊥PA.
∴∠CED为二面角C-PA-B的平面角.
由(Ⅰ)AB⊥平面PCB,又∵AB=BC,AC=2,∴BC=
2

在Rt△PCB中,PB=
P C 2 +B C 2
=
6
CD=
PC?BC
PB
=
2
6
=
2
3

在Rt△CDE中, sin∠CED=
CD
CE
=
2
3
2
=
6
3

∴二面角C-PA-B的大小为 arcsin
6
3

解法二:(Ⅰ)同解法一.
(Ⅱ)由(Ⅰ)AB⊥平面PCB,∵PC=AC=2,又∵AB=BC,可求得BC=
2

以B为原点,如图建立坐标系.则 A(0,
2
,0)
,B(0,0,0), C(
2
,0,0)
P(
2
,0,2)
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