Question

12．如圖，四棱錐P-ABCD中，PA⊥平面ABCD，四邊形ABCD為梯形，AD∥BC，BC=6，PA=AD=CD=2，E為BC上一點(diǎn)且BE=$\frac{2}{3}$BC，PB⊥AE．
（1）求證：AB⊥PE；
（2）求二面角B-PC-D的余弦值．

Answer 1

分析 （1）推導(dǎo)出PA⊥AE，AE⊥AB．由此能證明AB⊥PE．
（2）以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz，利用向量法能求出二面角B-PC-D的余弦值．

解答 證明：（1）∵PA⊥平面ABCD，AE?平面ABCD，
∴PA⊥AE，
又∵PB⊥AE，PB∩PA=P，
∴AE⊥平面PAB，又∵AB?平面PAB，
∴AE⊥AB．
又∵PA⊥AB，PA∩AE=A，
∴AB⊥平面PAE，
又∵PE?平面PAE，
∴AB⊥PE．…（6分）
解：（2）以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz，
則B（2$\sqrt{3}$，0，0），P（0，0，2），C（-$\sqrt{3}$，3，0），D（-$\sqrt{3}$，1，0），
∴$\overrightarrow{BC}$=（-3$\sqrt{3}$，3，0），$\overrightarrow{PC}$=（-$\sqrt{3}$，3，-2），$\overrightarrow{DC}$=（0，2，0）．
設(shè)平面PBC的一個(gè)法向量$\overrightarrow{m}$=（x，y，z），
則$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{BC}=-3\sqrt{3}x+3y=0}\\{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{PC}=-\sqrt{3}x+y-2z=0}\end{array}\right.$，令x=1，得$\overrightarrow{m}$=（1，$\sqrt{3}$，$\sqrt{3}$）．
同理可求平面PCD的一個(gè)法向量$\overrightarrow{n}$=（2，0，-$\sqrt{3}$）．
∴cos?m，n＞=$\frac{m•n}{|m||n|}$=$\frac{-1}{\sqrt{7}•\sqrt{7}}$=-$\frac{1}{7}$．
∵二面角B-PC-D為鈍二面角，
∴二面角B-PC-D的余弦值為-$\frac{1}{7}$．…（12分）

點(diǎn)評(píng) 本題考查異面直線垂直的證明，考查二面角的余弦值的求法，是中檔題，解題時(shí)要認(rèn)真審題，注意向量法的合理運(yùn)用．