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(2013•重庆模拟)如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD为菱形,PA⊥平面ABCD,∠ABC=60°,直线PC与底面

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/07/16 20:37:15
(2013•重庆模拟)如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD为菱形,PA⊥平面ABCD,∠ABC=60°,直线PC与底面ABCD所成的角为45°,E、F分别是BC、PC的中点.
(Ⅰ)证明:AE⊥PD;
(Ⅱ)求二面角E-AF-C的余弦值.
(Ⅰ)BC=AB,∠ABC=60°,∴AE⊥BC,∴△ABC是等边三角形;
又E是BC中点,∴AE⊥BC,BC∥AD,∴AE⊥AD;
PA⊥面ABCD,AE⊂平面ABCD,PA⊥AE,即AE⊥PA,AD∩PA=A;
∴AE⊥平面PAD,∴AE⊥PD;
(Ⅱ)以A为原点,

AE、

AD、

AP分别为x轴、y轴、z轴的正方向建立如图所示空间直角坐标系;
根据已知条件及图形知,∠PCA是直线PC与底面ABCD所成的角,∴∠PCA=45°,∴PA=AC;
设菱形ABCD的边长为2,∴A(0,0,0),E(
3,0,0),P(0,0,2),C(
3,1,0),F(

3
2,
1
2,1);
设平面AEF的法向量为

n1=(x1,y1,z1),则

AE•

n1=0

AF•

n1=0,

AE=(
3,0,0),

AF=(

3
2,
1
2,1);


3x1=0

3
2x1+
1
2y1+z1=0
令y1=2得,∴

n1=(0,2,−1);
同理可得平面PAC的法向量

n1=(−
3,3,0);
∴cos<

n1,

n2>=

n1•

n2

|n1|•|

n2|=

15
5
∴二面角E-AF-C的余弦值为

15
5.