Question

如圖，四棱錐P-ABCD的底面ABCD為菱形，PD⊥平面ABCD，PD=AD=2，∠BAD=60°，E、F分別為BC、PA的中點(diǎn)．
（I）求證：ED⊥平面PAD；
（Ⅱ）求三棱錐P-DEF的體積；
（Ⅲ）求平面PAD與平面PBC所成的銳二面角大小的余弦值．

Answer 1

【答案】分析：（I） 要證DE⊥平面PAD． 關(guān)鍵是證明DE⊥AD，PD⊥DE，利用條件線面垂直可證；
（Ⅱ）利用轉(zhuǎn)化底面的方法可求三棱錐P-DEF的體積，即V_P-DEF=V_E-PDF；
（Ⅲ） 建立空間直角坐標(biāo)系，利用平面的法向量的夾角求平面PAD與平面PBC所成的銳二面角大小的余弦值．
解答：證明：（I）連接BD，由已知得BD=2，


在正三角形BCD中，BE=EC，∴DE⊥BC，又AD∥BC，∴DE⊥AD…（2分）
又PD⊥平面ABCD，∴PD⊥DE，…（3分）
AD∩PD=D，∴DE⊥平面PAD．  …（4分）
（Ⅱ）∵，
且，…（5分）
∴…（8分）
（Ⅲ）：如圖建立空間直角坐標(biāo)系D-AEP，

則由（I）知平面PAD的一個(gè)法向量為∵，∴
設(shè)平面PBC的法向量為，
由，∴
取y=2得…（11分）∴…（13分）
∴平面PAD與平面PBC所成的銳二面角大小的余弦值為…（14分）
點(diǎn)評(píng)：本題的考點(diǎn)是用空間向量其余平面的夾角，主要考查線面垂直，考查面面角，關(guān)鍵是建立坐標(biāo)系，求平面的法向量．