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如图,某建筑物的基本单元可近似地按以下方法构作:先在地平面α内作菱形ABCD,边...

如图,某建筑物的基本单元可近似地按以下方法构作:先在地平面α内作菱形ABCD,边长为1,∠BAD=60°,再在α的上方,分别以△ABD与△CBD为底面安装上相同的正棱锥P-ABD与Q-CBD,∠APB=90°.
(Ⅰ)求证:PQ⊥BD;
(Ⅱ)求二面角P-BD-Q的余弦值;
(Ⅲ)求点P到平面QBD的距离.

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(Ⅰ)证明BD⊥PQ,利用线面垂直的性质可知,只需证明BD⊥平面PQE,利用△PBD与△QBD是全等等腰△.取BD中点E,连接PE、QE,则BD⊥PE,BD⊥QE.故可证; (Ⅱ)由(Ⅰ)知∠PEQ是二面角P-BD-Q的平面角,作PM⊥平面α,垂足为M,作QN⊥平面α,垂足为N,则PM∥QN,M、N分别是正△ABD与正△BCD的中心,从而点A、M、E、N、C共线,PM与QN确定平面PACQ,且PMNQ为矩形,从而可求二面角的大小; (Ⅲ) 由(Ⅰ)知BD⊥平面PEQ.设点P到平面QBD的距离为h,利用等体积,可求点P到平面QBD的距离. (Ⅰ)证明:由P-ABD,Q-CBD是相同正三棱锥, 可知△PBD与△QBD是全等等腰△.…(1分) 取BD中点E,连接PE、QE,则BD⊥PE,BD⊥QE. ∵PE∩QE=E ∴BD⊥平面PQE,…(3分) ∵PQ⊂平面PQE ∴BD⊥PQ.…(4分) (Ⅱ)【解析】 由(Ⅰ)知∠PEQ是二面角P-BD-Q的平面角,…(5分) 作PM⊥平面α,垂足为M,作QN⊥平面α,垂足为N, 则PM∥QN,M、N分别是正△ABD与正△BCD的中心, 从而点A、M、E、N、C共线,PM与QN确定平面PACQ,且PMNQ为矩形. …(6分) 可得ME=NE=,PE=QE=,PQ=MN=,…(7分) ∴cos∠PEQ=, 即二面角为.…(8分) (Ⅲ)【解析】 由(Ⅰ)知BD⊥平面PEQ. 设点P到平面QBD的距离为h,则 又. ∴. ∴.…(12分)
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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