已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥底面ABCD,其中BC=2AB=2PA=6,M,N为侧棱PC上的两个三等分点,如图所示,(Ⅰ)求证:AN∥平面MBD;(Ⅱ)求异面直线AN与PD所

题目简介

已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥底面ABCD,其中BC=2AB=2PA=6,M,N为侧棱PC上的两个三等分点,如图所示,(Ⅰ)求证:AN∥平面MBD;(Ⅱ)求异面直线AN与PD所

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已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥底面ABCD,其中BC=2AB=2PA=6,M,N为侧棱PC上的两个三等分点,如图所示,
(Ⅰ)求证:AN∥平面MBD;
(Ⅱ)求异面直线AN与PD所成角的余弦值;
(Ⅲ)求二面角M-BD-C的余弦值。
题型:解答题难度:中档来源:北京期末题

答案

(Ⅰ)证明:连接AC交BD于O,连接OM,
∵底面ABCD为矩形,
∴O为AC中点, 
∵M,N为侧棱PC的三等分点,
∴CN= MN,∴OM∥AN, 
∵OM平面MBD,AN平面MBD,
∴AN∥平面MBD。

(Ⅱ)解:如图所示,以A为原点,建立空间直角坐标系A-xyz,
则A(0,0,0),B(3,0,0),C(3,6,0),D(0,6,0),
P(0,0,3),M(2,4,1),N(1,2,2),


∴异面直线AN与PD所成角的余弦值为
(Ⅲ)解:∵侧棱PA ⊥底面ABCD,
∴平面BCD的一个法向量为=(0,0,3),
设平面MBD的一个法向量为m=(x,y,z),
 ,并且

令y=1,得x=2,x= -2,
∴平面MBD 的一个法刚量为m=(2,1,-2),

由图可知二面角M- BD-C的大小是锐角,
二面角M-BD-C大小的余弦值为

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