Question

如圖，已知三棱錐A-PBC中，AC⊥BC，AP⊥PC，M為AB的中點，D為PB的中點，且△PMB為正三角形．
（1）求證：BC⊥平面APC；
（2）若BC=3，AB=10，求二面角P-MC-B的余弦值的絕對值．

Answer 1

考點：與二面角有關(guān)的立體幾何綜合題,直線與平面垂直的判定

專題：空間角

分析：（1）由已知條件推導(dǎo)出MD⊥PB，AP⊥PB，由此能證明AP⊥平面PBC，從而得到BC⊥平面APC．
（2）建立空間直角坐標系D-xyz，利用向量法能求出二面角P-MC-B的余弦值的絕對值．

解答： （1）證明：∵△PMB為正三角形，
且D為PB的中點，∴MD⊥PB．
又∵M為AB的中點，D為PB的中點，
∴MD∥AP，∴AP⊥PB．…（3分）
又已知AP⊥PC，∴AP⊥平面PBC，
∴AP⊥BC，又∵AC⊥BC，AC∩AP=A，
∴BC⊥平面APC …（6分）
（2）解：建立空間直角坐標系如圖，則B(

5

2

，0，0)，
P(-

5

2

，0，0)，M(0，0，

5 3

2

)
過點C做CH⊥PB垂足為H，
在Rt△PBC中，由射影定理得HC=

12

5

，BH=

9

5

，DH=

5

2

-BH=

7

10

，
∴點C的坐標為(

7

10

，

12

5

，0)…（9分）
∴

BC

=(-

9

5

，

12

5

，0)，

BM

=(-

5

2

，0，

5 3

2

)，

PM

=(

5

2

，0，

5 3

2

)，

PC

=(

16

5

，

12

5

，0)，
∴設(shè)平面BMC的法向量

m

=(x，y，z)，
則由

BC • m =0 BM • m =0

，得

- 9 5 x+ 12 5 y=0 - 5 2 x+ 5 3 2 z=0

，
取x=12，得

m

=(12，9，4

3

)
設(shè)平面PMC的一個法向量為

n

=(x1，y1，z1)，則

PM • n =0 PC • n =0

，
∴

5 2 x1+ 5 3 2 z1=0 16 5 x1+ 12 5 y1=0

，取x₁=3，得

n

=(3，-4，-

3

)，
∴cos?

m

，

n

＞=

m • n

| m |•| n |

=

36-36-12

273 • 28

=-

2 39

91

故所求的二面角余弦值的絕對值為

2 39

91

…（12分）

點評：本題考查直線與平面垂直的證明，考查二面角的余弦值的絕對值的求法，解題時要認真審題，注意向量法的合理運用．