如圖所示,在四稜錐P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AB=4,BC=3,AD=5,∠DAB=∠ABC=90°...
問題詳情:
如圖所示,在四稜錐P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AB=4,BC=3,AD=5,
∠DAB=∠ABC=90°,E是CD的中點.
(1)*:CD⊥平面PAE;
(2)若直線PB與平面PAE所成的角和PB與平面ABCD所成的角相等,
求四稜錐P-ABCD的體積.
【回答】
解:方法一 (1)* 如圖,連線AC.由AB=4,BC=3,∠ABC=90°
得AC=5.[1分]又AD=5,E是CD的中點,所以CD⊥AE. [2分]
因為PA⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD,所以PA⊥CD. [4分]
而PA,AE是平面PAE內的兩條相交直線,所以CD⊥平面PAE. [5分]
(2)過點B作BG∥CD,分別與AE,AD相交於點F,G,連線PF.
由(1)CD⊥平面PAE知,BG⊥平面PAE.
於是∠BPF為直線PB與平面PAE所成的角,且BG⊥AE. [6分]
由PA⊥平面ABCD知,∠PBA為直線PB與平面ABCD所成的角. [7分]
由題意得∠PBA=∠BPF,
因為sin∠PBA=,sin∠BPF=,所以PA=BF.
由∠DAB=∠ABC=90°知,AD∥BC.
又BG∥CD,所以四邊形BCDG是平行四邊形.
故GD=BC=3.於是AG=2.
在Rt△BAG中,AB=4,AG=2,BG⊥AF,所以
BG==2,BF===.於是PA=BF=. [10分]
又梯形ABCD的面積為S=×(5+3)×4=16,
所以四稜錐P-ABCD的體積為V=×S×PA=×16×=. [12分]
方法二 如圖,以A為座標原點,AB,AD,AP所在直線分別為x軸,y軸,z軸建立
空間直角座標系.設PA=h,
則A(0,0,0),B(4,0,0),C(4,3,0),D(0,5,0),E(2,4,0),P(0,0,h). [2分]
(1)* 易知=(-4,2,0),=(2,4,0),=(0,0,h).
因為·=-8+8+0=0,·=0, [4分]
所以CD⊥AE,CD⊥AP.
而AP,AE是平面PAE內的兩條相交直線,
所以CD⊥平面PAE. [5分]
(2)由題設和(1)知,,分別是平面PAE,平面ABCD的法向量. [6分]
而PB與平面PAE所成的角和PB與平面ABCD所成的角相等,
所以|cos〈,〉|=|cos〈,〉|,
即=. [8分]
由(1)知,=(-4,2,0),=(0,0,-h),
又=(4,0,-h),
故=.解得h=. [10分]
又梯形ABCD的面積為S=×(5+3)×4=16,
所以四稜錐P-ABCD的體積為V=×S×PA=×16×=. [12分]
知識點:點 直線 平面之間的位置
題型:解答題
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