如图,ABCD是菱形,PA⊥平面ABCD,PA=AD=2,∠BAD=.(1)求证:平面PBD⊥平

如图,ABCD是菱形,PA⊥平面ABCD,PA=AD=2,∠BAD=

(1)求证:平面PBD⊥平面PAC;

(2)求点A到平面PBD的距离;

(3)求二面角D-PB-C的大小.

答案

解法一:如图建立空间直角坐标系.

(1)平面PAC即xOz平面的一个法向量为n=(0,1,0),设平面PBD的一个法向量为n1=(1,y1,z1)由n1

,n1,可得n1=(1,0,-)

由n·n1=(0,1,0)·(1,0,-

)=0,得n⊥n1,

所以平面PBD⊥平面PAC 

(2)

=(,0,0),点A到平面PBD的距离

d=

 

(3)平面PBD的法向量n1=(1,0,-

),平面PBC的法向量n2=(1,-,-)

∴cos(n1,n2)=

,

∴二面角D-PB-C的大小为arccos

解法二:(1)

(2)连结PO,过A作AE⊥PO,平面PAC∩平面PBD=PO,∴AE⊥平面PBD,AE就是所求的距离,计算得AE=

 

(3)过C作CM⊥PO于M,则CM⊥平面PBD,过M作MN⊥PB于N,连CN,由三垂线定得,CN⊥PB,∴∠CNM为二面角C-PB-D的平面角.

由(2)知CM=AE=

,易知PB=2,PC=4,用面积关系,PB·CN=PC·

BCsin∠PCB,

在△PCB中,由余弦定理,得cos∠PCB=

,∴sin∠PCB=,从而求得CN=

sin∠CNM=

,

故所求的二面角为arcsin

.

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