Question

已知四棱錐P-ABCD中，底面ABCD是直角梯形，∠BAD=∠CBA=90°，面 PAB⊥面ABCD，PA=PB=AB=AD=2，BC=1．
（Ⅰ）求證：PD⊥AC；
（Ⅱ）若點(diǎn)M是棱PD的中點(diǎn)．求二面角M-AC-D的余弦值．

Answer 1

【答案】分析：（Ⅰ）取AB中點(diǎn)E，先證明PE⊥面ABCD，可得PE⊥AC，證明AC⊥ED，可得AC⊥平面PED，從而PD⊥AC；
（Ⅱ）在平面ABCD內(nèi)，過點(diǎn)E作EG⊥AB，以E為坐標(biāo)原點(diǎn)，EB，EG，EP分別為x，y，z軸正方向建立空間直角坐標(biāo)系，確定平面MAC、平面ACD的法向量，利用向量的夾角公式，可求二面角M-AC-D的余弦值．
解答：（Ⅰ）證明：取AB中點(diǎn)E，連接PE，DE，AC，設(shè)AC∩DE=F
∵PA=PB，E是AB中點(diǎn)，∴PE⊥AB
∵面 PAB⊥面ABCD，面 PAB∩面ABCD=AB，
∴PE⊥面ABCD，∴PE⊥AC
在直角△ABC與直角△DAE中，，∴△ABC∽△DAE，∴∠AED=∠ACB
∴∠AED+∠BAC=90°，∴AC⊥ED
∵PE⊥AC，PE∩ED=E
∴AC⊥平面PED
∵PD?平面PED
∴PD⊥AC；
（Ⅱ）在平面ABCD內(nèi)，過點(diǎn)E作EG⊥AB，以E為坐標(biāo)原點(diǎn)，EB，EG，EP分別為x，y，z軸正方向建立空間直角坐標(biāo)系，
則M（），A（-1，0，0），C（1，1，0），D（-1，2，0）
∴，=
設(shè)平面MAC的法向量為=（x，y，z），則由，可得，可取=（1，-2，）
又平面ACD的法向量為=（0，0，1）
∴二面角M-AC-D的余弦值為==．
點(diǎn)評(píng)：本題考查面面垂直，考查線面垂直、面面角，考查利用向量知識(shí)解決立體幾何問題，正確求平面的法向量是關(guān)鍵．