如图,已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥平面ABCD,其中BC=2AB=2PA=6,M、N为侧棱PC上的两个三等分点.①求证:AN∥平面MBD;②求二面角M-BD-C的余弦值.-高

题目简介

如图,已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥平面ABCD,其中BC=2AB=2PA=6,M、N为侧棱PC上的两个三等分点.①求证:AN∥平面MBD;②求二面角M-BD-C的余弦值.-高

题目详情

如图,已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥平面ABCD,其中BC=2AB=2PA=6,M、N为侧棱PC上的两个三等分点.
①求证:AN平面MBD;
②求二面角M-BD-C的余弦值.
题型:解答题难度:中档来源:不详

答案

①证明:连接对角线AC交BD于点O,
∵底面ABCD是矩形,∴AO=OC.
又∵NM=MC=class="stub"1
3
PC
,∴OMAN.
又∵AN⊄平面MBD,OM⊂平面MBD.
∴AN平面MBD;
②距离如图所示的空间直角坐标系:∵BC=2AB=2PA=6,∴D(6,0,0),C(6,3,0),B(0,3,0),P(0,0,3).
由M点为线段PC的三等分点,∴M(4,2,1).
DB
=(-6,3,0)
DM
=(-2,2,1)

设平面BMD的法向量
n
=(x,y,z)

n
DB
=0
n
DM
=0
-6x+3y=0
-2x+2y+z=0
,令y=2,则x=1,z=class="stub"5
2

n
=(1,2,class="stub"5
2
)

∵PA⊥平面BCD,∴可取
AP
=(0,0,3)作为平面BCD的法向量.
cos<
n
AP
=
n
AP
|
n
||
AP
|
=
3×class="stub"5
2
12+22+(class="stub"5
2
)2
32
=
5
3

∴二面角M-BD-C的余弦值为
5
3

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