精英家教網(wǎng)如圖所示,四棱錐P-ABCD的底面ABCD是邊長(zhǎng)為1的菱形,∠BCD=60°,E是CD的中點(diǎn),PA⊥底面ABCD,PA=2.
(Ⅰ)證明:平面PBE⊥平面PAB;
(Ⅱ)求平面PAD和平面PBE所成二面角(銳角)的大小.
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
.
BE
=(0,
3
2
,0)
,與平面PAB的一個(gè)法向量是
.
n0
=(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:精英家教網(wǎng)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,
20
10
=2

在Rt△PAB中,AH=
AP•AB
PB
=
AP•AB
AP2+AB2
=
2
5
=
2
5
5

所以,在Rt△AHG中,sin∠AGH=
AH
AG
=
2
5
5
2
=
10
5

故平面PAD和平面PBE所成二面角(銳角)的大小是arcsin
10
5


解法二:如圖所示,以A為原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系.
精英家教網(wǎng)則相關(guān)各點(diǎn)的坐標(biāo)分別是A(0,0,0),B(1,0,0),
C(
3
2
3
2
,0)
D(
1
2
,
3
2
,0)
,P(0,0,2),E(1,
3
2
,0)

(Ⅰ)因?yàn)?span dealflag="1" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">
.
BE
=(0,
3
2
,0),
平面PAB的一個(gè)法向量是
.
n0
=(0,1,0)
,
所以
.
BE
.
n0
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
PB
=(1,0,-2),
BE
=(0,
3
2
,0)
PA
=(0,0,-2),
AD
=(
1
2
,
3
2
,0)

設(shè)
n
_
=(x1,y1,z1)
是平面PBE的一個(gè)法向量,
則由
n1
PB
=0
n1
BE
=0

x1+0×y1-2z1=0
x1+
3
2
y2+0×z2=0.

所以y1=0,x1=2z1.故可取
n1
=(2,0,1).
設(shè)
n2
=(x2y2,z2)
是平面PAD的一個(gè)法向量,
則由
n2
PA
=0
n2
AD
=0

x2+0×y2-2z2=0
1
2
x2+
3
2
y2+0×z2=0

所以z2=0,x2=-
3
y2
.故可取
n2
=(
3
,-1,0)

于是,cos<
n1
,
n2
>=
n1
n2
|
n1
|•|
n2
|
=
2
3
5
×2
=
15
5

故平面PAD和平面PBE所成二面角(銳角)的大小是arccos
15
5
點(diǎn)評(píng):本題考查平面與平面垂直的判定,二面角及其度量,考查空間想象能力,邏輯思維能力,計(jì)算能力,是中檔題.
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(1)求線段PD的長(zhǎng);
(2)若PC=
11
R
,求三棱錐P-ABC的體積.

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(2)證明:BE⊥平面PDC;
(3)求三棱錐B-PDC的體積V.

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