(2005•温州一模)已知四棱锥P-ABCD.四边形ABCD是边长为1的正方形,PA⊥面ABCD.

(2005•温州一模)已知四棱锥P-ABCD.四边形ABCD是边长为1的正方形,PA⊥面ABCD.
(Ⅰ)求证:PC⊥DB.
(Ⅱ)试问:当AP的长度为多少时,二面角D-PC-A的大小为60°?
xgjxfj 1年前 已收到1个回答 举报

fengljf 幼苗

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解题思路:(方法1)以A为原点,AD所在的直线为x轴,AB所在的直线为y轴,以四边形ABCD的边长为单位长度建立空间直角坐标系.设P(0,0,h).
(Ⅰ) 求出
PC
DB
的坐标,通过证明
PC
DB
的数量积为0来证明PC⊥DB
(Ⅱ)分别求出面CPA,面CPD的一个法向量,利用两法向量夹角与二面角的大小关系,通过解关于h的方程即可.
(方法2)( I )由已知,PC在面ABCD内的射影是AC.且有AC⊥BD,由三垂线定理即可证明 PC⊥DB
(II) 设AC、BD交于E.在面CPA内,作EF⊥CP于F,连接DF,由三垂线定理得DF⊥CP.得出∠DEF就是二面角A-PD′-C的平面角,利用解三角形知识求出AP.

(方法1)以A为原点,AD所在的直线为x轴,AB所在的直线为y轴,以四边形ABCD的边长为单位长度建立空间直角坐标系.设P(0,0,h).
(I)

PC=(1,1,−h),

DB=(−1,1,0),

PC•

DB=(1,1,−h)•(−1,1,0)=0,所以PC⊥DB.(4′)
(II)∵PA⊥面ABCD,∴PA⊥DB.又PC⊥DB,
∴DB⊥面CPA,所以面CPA的一个法向量是

DB=(−1,1,0).(6′)


DP=(−1,0,h),

DC=(0,1,0).
设面CPD的一个法向量为

h=(x,y,1),
则有

点评:
本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;空间中直线与直线之间的位置关系;与二面角有关的立体几何综合题.

考点点评: 本题主要考查空间角,距离的计算,线线垂直的证明,空间角的度量. 考查了空间想象能力、计算能力,分析解决问题能力.空间问题平面化是解决空间几何体问题最主要的思想方法,
通过建立空间直角坐标系,利用向量的坐标运算,来进行有关证明或计算,则可以有效地降低思维难度.

1年前

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