若PA⊥平面ABC,AC⊥BC,PA=AC=1,BC=,求二面角APBC的余弦值.

PA⊥平面ABC,ACBC,PA=AC=1,BC=,求二面角APBC的余弦值.

答案

解法一

:如图所示,取PB的中点D,连结CD.∵PC=BC=,

CDPB.

∴作 AEPB于E,那么二面角APBC的大小就等于异面直线DCEA所成的角θ的大小.

PD=1,PE=,

DE=PD-PE=.

又∵AE=CD=1,AC=1,

cos(π-θ),

即1=+1-2··1·cosθ,

解得cosθ=.

故二面角APBC的余弦值为.

解法二

:由解法一可知,向量的夹角的大小就是二面角APBC的大小,如上图,建立空间直角坐标系Cxyz,则A(1,0,0),B(0,,0),C(0,0,0),P(1,0,1),DPB的中点,D().

,即E的比为.

E(),

故二面角APBC的余弦值为.

解法三

:如图所示建立空间直角坐标系,则A(0,0,0),B(,1,0),C(0,1,0),P(0,0,1), =(0,0,1), =(,1,0),=(2,0,0),=(0,-1,1),

设平面PAB的法向量为m

=(x,y,z),则

x=1,则m

=(1,-,0).

设平面PBC的法向量为n

=(x′,y′,z′),则

y′=-1,则n

=(0,-1,-1),

∴cos〈m

,n〉=

∴二面角APBC的余弦值为.

绿色通道:

(1)求二面角的大小,可以在两个半平面内作出垂直于棱的两个向量,转化为这两向量的夹角,但应注意两向量的始点应在二面角的棱上.

(2)当空间直角坐标系容易建立(有特殊的位置关系)时,用向量法解较为简捷、明快.用法向量求二面角的大小时,有时不易判断两法向量的夹角的大小就是二面角的大小(相等或互补),但我们完全可以根据图形观察得到结论,这是因为二面角是钝二面角还是锐二面角一般是明显的.

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