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提問(wèn) 

如圖,三棱錐P-ABC中,已知PA⊥平面ABC,△ABC是邊長(zhǎng)為2的正三角形,D,E分別為PB,PC中點(diǎn).(1)若PA=2,求直線AE與PB所成角的余弦值;(2)若平


時(shí)間: 2016-1-24 分類: 作業(yè)習(xí)題  【來(lái)自ip: 11.111.189.57 的 熱心網(wǎng)友 咨詢】 手機(jī)版
 問(wèn)題補(bǔ)充 如圖,三棱錐P-ABC中,已知PA⊥平面ABC,△ABC是邊長(zhǎng)為2的正三角形,D,E分別為PB,PC中點(diǎn).
(1)若PA=2,求直線AE與PB所成角的余弦值;
(2)若平面ADE⊥平面PBC,求PA的長(zhǎng).

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1樓
解:(1)如圖,取AC的中點(diǎn)F,連接BF,則BF⊥AC.以A為坐標(biāo)原點(diǎn),過(guò)A且與FB平行的直線為x軸,AC為y軸,AP為z軸建立空間直角坐標(biāo)系,如圖所示
則A(0,0,0),B(數(shù)學(xué)公式,1,0),C(0,2,0),P(0,0,2),E(0,1,1)
數(shù)學(xué)公式=(數(shù)學(xué)公式,1,-2),數(shù)學(xué)公式=(0,1,1)
設(shè)直線AE、PB所成的角為θ,則cosθ=數(shù)學(xué)公式=數(shù)學(xué)公式
即直線AE與PB所成角的余弦值為數(shù)學(xué)公式
(2)設(shè)PA=a,則P(0,0,a),可得數(shù)學(xué)公式=(數(shù)學(xué)公式,1,-a),數(shù)學(xué)公式=(0,2,-a)
設(shè)平面PBC的法向量為數(shù)學(xué)公式=(x,y,z),則數(shù)學(xué)公式?數(shù)學(xué)公式=0且數(shù)學(xué)公式?數(shù)學(xué)公式=0
數(shù)學(xué)公式,令z=2,得y=a,x=數(shù)學(xué)公式
可得數(shù)學(xué)公式=(數(shù)學(xué)公式,a,2)是平面PBC的一個(gè)法向量
∵D、E分別為PB、PC中點(diǎn),∴D(數(shù)學(xué)公式,數(shù)學(xué)公式數(shù)學(xué)公式),E(0,1,數(shù)學(xué)公式
因此,數(shù)學(xué)公式=(數(shù)學(xué)公式數(shù)學(xué)公式,數(shù)學(xué)公式),數(shù)學(xué)公式=(0,1,數(shù)學(xué)公式),
類似求平面PBC法向量數(shù)學(xué)公式的方法,可得平面ADE的一個(gè)法向量數(shù)學(xué)公式=(-數(shù)學(xué)公式a,-a,2)
∵平面ADE⊥平面PBC,
數(shù)學(xué)公式數(shù)學(xué)公式,可得數(shù)學(xué)公式?數(shù)學(xué)公式=-數(shù)學(xué)公式a2-a2+4=0,解之得a=數(shù)學(xué)公式
因此,線段PA的長(zhǎng)等于數(shù)學(xué)公式

解析分析:(1)以A為坐標(biāo)原點(diǎn),過(guò)A且與FB平行的直線為x軸,AC為y軸,AP為z軸建立如圖所示直角坐標(biāo)系.取AC的中點(diǎn)F,連接BF則BF⊥AC.根據(jù)題中數(shù)據(jù)可得A、B、C、P、E各點(diǎn)的坐標(biāo),從而得到向量數(shù)學(xué)公式、數(shù)學(xué)公式的坐標(biāo),再用空間向量的夾角公式加以計(jì)算,結(jié)合異面直線所成的角的定義即可得到直線AE與PB所成角的余弦值;(2)設(shè)PA=a,可得數(shù)學(xué)公式、數(shù)學(xué)公式含有字母a的坐標(biāo)形式,利用垂直向量數(shù)量積為0的方法建立方程組,解出平面PBC的一個(gè)法向量為數(shù)學(xué)公式=(數(shù)學(xué)公式,a,2),同理得到平面ADE的一個(gè)法向量數(shù)學(xué)公式=(-數(shù)學(xué)公式a,-a,2),由平面ADE⊥平面PBC可得數(shù)學(xué)公式?數(shù)學(xué)公式=-數(shù)學(xué)公式a2-a2+4=0,解之得a=數(shù)學(xué)公式,由此即可得到線段PA的長(zhǎng).

點(diǎn)評(píng):本題給出側(cè)棱PA與底面△ABC垂直的三棱錐,求異面直線所成的角并在面面垂直的情況下求線段PA的長(zhǎng),著重考查了利用空間向量研究線面垂直、面面垂直的判定與性質(zhì)和異面直線所成角的求法等知識(shí),屬于中檔題.
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