如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面为直角梯形,∠BAD=90°,BC∥AD,且PA=AB=BC=1,AD=2.(Ⅰ)设M为PD的中点,求证:CM∥平面PAB;(Ⅱ)求侧面PAB与侧

题目简介

如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面为直角梯形,∠BAD=90°,BC∥AD,且PA=AB=BC=1,AD=2.(Ⅰ)设M为PD的中点,求证:CM∥平面PAB;(Ⅱ)求侧面PAB与侧

题目详情

如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面为直角梯形,∠BAD=90°,BCAD,且PA=AB=BC=1,AD=2.
(Ⅰ)设M为PD的中点,求证:CM平面PAB;
(Ⅱ)求侧面PAB与侧面PCD所成二面角的平面角的正切值.360优课网
题型:解答题难度:中档来源:不详

答案


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解法一:(Ⅰ)证明:取PA的中点N,连接BN、NM,在△PAD中,MNAD,且MN=class="stub"1
2
AD=1

又BCAD,且BC=class="stub"1
2
AD=1
,所以MN
=
BC,即四边形BCMN为平行四边形,CMBN.
又CM⊄平面PAB,BN⊂平面PAB,故CM平面PAB.…(5分)
(Ⅱ)在平面ABCD中,AB与CD不平行,延长AB、CD交于一点,设为E,
连接PE,则PE为侧面PAB与侧面PCD所成二面角的棱,又由题设可知DA⊥侧面PAB,于是过A作AF⊥PE于F,
连接DF,由三垂线定理可知∠AFD为侧面PAB与侧面PCD所成二面角的平面角.…(8分)
在△EAD中,由BCAD,BC=class="stub"1
2
AD
,知B为AE为中点,∴AE=2,
在Rt△PAE中,PA=1,AE=2,∴PE=
5
AF=class="stub"2
5
.故tan∠AFD=class="stub"2
class="stub"2
5
=
5

即所求侧面PAB与侧面PCD所成二面角的平面角的正切值为
5
.…(12分)
解法二:以A为坐标原点,以AB、AD、AP所在直线为x、y、z轴建立如图所示的空间直角
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坐标系,则B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,2,0),P(0,0,1).…(2分)
(Ⅰ)由M为PD中点知M的坐标为(0,1,1),所以
CM
=(-1,0,1)

又平面PAB的法向量可取为
m
=(0,1,0)
,∴
CM
m
=0
,即
CM
m

又CM⊄平面PAB,所以CM平面PAB.…(6分)
(Ⅱ)设平面PCD的法向量为
n
=(x1y1z1)

PC
=(1,1,-1) 
PD
=(0,2,-1)
,∴
PC
n
=x1+y1-z1=0
PD
n
=2y1-z1=0.

不妨取z1=2,则y1=1,x1=1.∴
n
=(1,1,2)

又平面PAB的法向量为
m
=(0,1,0)

设侧面PAB与侧面PCD所成二面角的平面角大小为θ,
则由
m
n
的方向可知cosθ=
m
n
|
m
||
n
|
=class="stub"1
6
=
6
6

∵θ∈(0,π),∴sinθ=
30
6
,tanθ=
5

即所求侧面PAB与侧面PCD所成二面角的平面角的正切值为
5
.…(12分)

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