分析:法一(Ⅰ)連接BD,證明平面PBE內(nèi)的直線BE,垂直平面PAB內(nèi)的兩條相交直線PA,AB即可證明平面PBE⊥平面PAB;
(Ⅱ)延長(zhǎng)AD、BE相交于點(diǎn)F,連接PF.過(guò)點(diǎn)A作AH⊥PB于H,∠AGH是平面PAD和平面PBE所成二面角的平面角(銳角).
解Rt△AHG求平面PAD和平面PBE所成二面角(銳角)的大小.
法二:以A為原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系.
(Ⅰ)由
=(0,,0),與平面PAB的一個(gè)法向量是
=(0,1,0),
共線,說(shuō)明BE⊥平面PAB,推出平面PBE⊥平面PAB;
(Ⅱ)求出平面PBE的一個(gè)法向量,平面PAD的一個(gè)法向量,求兩個(gè)向量的數(shù)量積,即可求平面PAD和平面PBE所成二面角(銳角)的大。
解答:解:解法一(Ⅰ)如圖所示,連接BD,
由ABCD是菱形且∠BCD=60°知,△BCD是等邊三角形.
因?yàn)镋是CD的中點(diǎn),所以BE⊥CD,又AB∥CD,
所以BE⊥AB.又因?yàn)镻A⊥平面ABCD,BE?平面ABCD,
所以PA⊥BE.而PA∩AB=A,因此BE⊥平面PAB.
又BE?平面PBE,所以平面PBE⊥平面PAB.
(Ⅱ)延長(zhǎng)AD、BE相交于點(diǎn)F,連接PF.過(guò)點(diǎn)A作AH⊥PB于H,
由(Ⅰ)知平面PBE⊥平面PAB,所以AH⊥平面PBE.
在Rt△ABF中,因?yàn)椤螧AF=60°,
所以,AF=2AB=2=AP.
在等腰Rt△PAF中,取PF的中點(diǎn)G,連接AG.
則AG⊥PF.連接HG,由三垂線定理的逆定理得,PF⊥HG.
所以∠AGH是平面PAD和平面PBE所成二面角的平面角(銳角).
在等腰Rt△PAF中,
=2在Rt△PAB中,
AH====.
所以,在Rt△AHG中,
sin∠AGH===.
故平面PAD和平面PBE所成二面角(銳角)的大小是
arcsin.
解法二:如圖所示,以A為原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系.
則相關(guān)各點(diǎn)的坐標(biāo)分別是A(0,0,0),B(1,0,0),
C(,,0),
D(,,0),P(0,0,2),
E(1,,0).
(Ⅰ)因?yàn)?span dealflag="1" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">
=(0,
,0),
平面PAB的一個(gè)法向量是
=(0,1,0),
所以
和共線.從而B(niǎo)E⊥平面PAB.
又因?yàn)锽E?平面PBE,故平面PBE⊥平面PAB.
(Ⅱ)易知
=(1,0,-2),=(0,,0),
=(0,0,-2),=(,,0)設(shè)
_=(x1,y1,z1)是平面PBE的一個(gè)法向量,
則由
得
| x1+0×y1-2z1=0 | 0×x1+y2+0×z2=0. |
| |
所以y
1=0,x
1=2z
1.故可取
=(2,0,1).
設(shè)
=(x2,y2,z2)是平面PAD的一個(gè)法向量,
則由
得
| 0×x2+0×y2-2z2=0 | x2+y2+0×z2=0 |
| |
所以
z2=0,x2=-y2.故可取
=(,-1,0).
于是,
cos<,>===.
故平面PAD和平面PBE所成二面角(銳角)的大小是
arccos.