问题标题:
已知四棱锥P-ABCD(如图),底面是边长为2的正方形,侧棱PA⊥底面ABCD,M、N分别为AD、BC的中点,MQ⊥PD于Q.(1)求证:平面PMN⊥平面PAD;(2)PA=2,求PM与平面PCD所成角的正弦值;(3)求二面角P-MN-Q的
问题描述:
已知四棱锥P-ABCD(如图),底面是边长为2的正方形,侧棱PA⊥底面ABCD,M、N分别为AD、BC的中点,MQ⊥PD于Q.
(1)求证:平面PMN⊥平面PAD;
(2)PA=2,求PM与平面PCD所成角的正弦值;
(3)求二面角P-MN-Q的余弦值.____
丁凯回答:
【分析】(1)先证明MN⊥平面PAD,然后根据面面垂直的判定定理,即可得证.
(2)根据(1)的结论,易得CD⊥平面PAD,进而得到平面PCD⊥平面PAD,由题知PQ即为PM在平面PCD上的射影,解三角形PMQ,即可得到答案.
(3)由(1)的结论,∠PMQ即为二面角P-MN-Q的平面角,解三角形PMQ,即可得到答案.
证明:(1)∵PA⊥底面ABCD,MN⊂底面ABCD,
∴MN⊥PA.
又∵MN⊥AD,且PA∩AD=A,
∴MN⊥平面PAD.
又∵MN⊂平面PMN,
∴平面PMN⊥平面PAD.
(2)∵CD∥MN,
∴CD⊥平面PAD,
∴平面PCD⊥平面PAD.
又∵MQ⊥PD于Q,
∴MQ⊥平面PCD,
∴∠MPQ即为PM与平面PCD所成的角.
∵PA=AD=2,
∴ΔPAD为等腰直角三角形,
则PM=,MQ=,
∴sin∠MPQ==.
(3)由(1)MN⊥平面PAD知:PM⊥MN,MQ⊥MN,
∴∠PMQ即为二面角P-MN-Q的平面角,
而PM=,MQ=,
∴cos∠PMQ==.
【点评】求直线和平面所成的角时,应注意的问题是:(1)先判断直线和平面的位置关系.(2)当直线和平面斜交时,常用以下步骤:①构造--作出或找到斜线与射影所成的角;②设定--论证所作或找到的角为所求的角;③计算--常用解三角形的方法求角;④结论--点明斜线和平面所成的角的值.
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