Question

如圖所示，已知PD垂直以AB為直徑的圓O所在平面，點(diǎn)D在線段AB上，點(diǎn)C為圓O上一點(diǎn)，且BD=PD=3，AC=2AD=2．
（1）求證：PA⊥CD；
（2）求二面角C-PB-A的余弦值．

Answer 1

考點(diǎn)：二面角的平面角及求法,直線與平面垂直的性質(zhì)

專題：空間位置關(guān)系與距離,空間角

分析：（1）先利用平面幾何知識(shí)與線面垂直的性質(zhì)證線線垂直，由線線垂直⇒線面垂直，再由線面垂直⇒線線垂直；
（2）通過(guò)作出二面角的平面角，證明符合定義，再在三角形中求解．

解答： 解：（1）證明：連接OC，由BD=PD=3，AC=2AD=2，
點(diǎn)D為AO的中點(diǎn)，
又∵AB為圓的直徑，∴AC⊥BC，
∵BD=PD=3，AC=2AD=2，∴∠CAB=60°，
∴△ACO為等邊三角形，∴CD⊥AO．
∵點(diǎn)P在圓O所在平面上的正投影為點(diǎn)D，
∴PD⊥平面ABC，又CD?平面ABC，
∴PD⊥CD，PD∩AO=D，
∴CD⊥平面PAB，PA?平面PAB，
∴PA⊥CD．
（2）過(guò)點(diǎn)D作DE⊥PB，垂足為E，連接CE，
由（1）知CD⊥平面PAB，又PB?平面PAB，
∴CD⊥PB，又DE∩CD=D，
∴PB⊥平面CDE，又CE?平面CDE，
∴CE⊥PB，
∴∠DEC為二面角C-PB-A的平面角．
由（1）可知CD=

3

，PD=BD=3，
∴PB=3

2

，則DE=

PD×BD

PB

=

3 2

2

，
∴在Rt△CDE中，tan∠DEC=

CD

DE

=

6

3

，
∴cos∠DEC=

15

5

，即二面角C-PB-A的余弦值為

15

5

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查線線垂直的判定、二面角的平面角及求法．二面角的求法：幾何法：作角（根據(jù)定義作二面角的平面角）--證角（符合定義）--求角（解三角形）；