Question

已知四棱錐P-ABCD的底面ABCD為菱形，且∠ABC=60°，PB=PD=AB=2，PA=PC，AC與BD相交于點(diǎn)O．
（Ⅰ）求證：PO⊥底面ABCD；
（Ⅱ）求直線PB與平面PCD所成角的正弦值；
（Ⅲ）若M是PB上的一點(diǎn)，且CM⊥PB，求的值．

Answer 1

【答案】分析：（I）由已知中四棱錐P-ABCD的底面ABCD為菱形，且∠ABC=60°，PB=PD=AB=2，PA=PC，AC與BD相交于點(diǎn)O，根據(jù)平行四邊形兩條對角線互相平分及等腰三角形三線合一，結(jié)合線面垂直的判定定理，我們易得到結(jié)論．
（II）以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，分別求出各頂點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而求出直線 PB的方向向量與平面PCD的法向量，代入線面夾角的向量法公式，即可求出答案．
（III）設(shè)出M點(diǎn)的坐標(biāo)，并由由M是PB上的一點(diǎn)，且CM⊥PB，我們易構(gòu)造方程組，求出M點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而代入向量模的計(jì)算公式，計(jì)算出的值．
解答：（Ⅰ）證明：因?yàn)锳BCD為菱形，
所以O(shè)為AC，BD的中點(diǎn)（1分）
因?yàn)镻B=PD，PA=PC，
所以PO⊥BD，PO⊥AC
所以PO⊥底面ABCD（3分）
（Ⅱ）解：因?yàn)锳BCD為菱形，所以AC⊥BD
建立如圖所示空間直角坐標(biāo)系
又∠ABC=60°，PA=AB=2
得（4分）
所以，，（5分）
設(shè)平面PCD的法向量
有
所以解得
所以（8分）（9分）
PB與平面PCD所成角的正弦值為（10分）
（Ⅲ）解：因?yàn)辄c(diǎn)M在PB上，所以
所以，
因?yàn)镃M⊥PB
所以 ，得3λ+λ-1=0解得
所以（14分）
點(diǎn)評：本題考查的知識點(diǎn)是用空間向量求直線與平面的夾角，直線與平面垂直的判定，直線與平面所成的角，其中選擇合適的點(diǎn)及坐標(biāo)軸方向，建立空間坐標(biāo)系，將問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)向量問題是解答此類問題的關(guān)鍵．