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在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,AB=PD=a,PA=PC=
2
a.

(Ⅰ)求证:PD⊥平面ABCD;
(Ⅱ)求异面直线PB与AC所成的角;
(Ⅲ)求二面角A-PB-D的大小.
人气:335 ℃ 时间:2019-08-19 02:55:23
解答
(1)PC=
2
a
,PD=DC=a,∴△PDC是Rt△,且PD⊥DC,
同理PD⊥AD,又AD∩DC=D,∴PD⊥平面ABCD.
(2)连BD,因ABCD是正方形,∴BD⊥AC,又PD⊥平面ABCD.
BD是PB在面ABCD上的射影,由三垂线定理得PB⊥AC,∴PB与AC成90°角.
(3)设AC∩BD=O,作AE⊥PB于E,连OE,
∵AC⊥BD,又PD⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,∴PD⊥AC,
又PD∩BD=D,∴AC⊥平面PDB,则OE是AE在平面PDB上的射影.
由三垂线定理逆定理知OE⊥PB,∴∠AEO是二面角A-PB-D的平面角.
又AB=a,PA=
2
a
,PB=
3
a
,∵PD⊥平面ABCD,DA⊥AB,
∴PA⊥AB,在Rt△PAB中,AE•PB=PA•AB.∴AE=
2
3
a
,又AO=
2
2
a

∴sinAEO=
3
2
,∠AEO=60°,二面角A-PB-D的大小为60°.
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