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如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面为直角梯形,∠BAD=90...

如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面为直角梯形,∠BAD=90°,BC∥AD且AD=2,AB=BC=1,PA=λ(λ>0).
(Ⅰ)设M为PD的中点,求证:CM∥平面PAB;
(Ⅱ)若二面角B-PC-D的大小为150°,求此四棱锥的体积.

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解法一;(Ⅰ)M为PD的中点,要证CM∥平面PAB,取PA的中点N,只需证明直线CM平行平面PAB内的直线BN即可; (Ⅱ)根据二面角B-PC-D的大小为150°,求出二面角的平面角,从而求得该四棱锥的高,代入体积公式即可求得结果; 解法二:以A为坐标原点,以AB、AD、AP所在直线为x、y、z轴建立如图所示的空间直角坐标系.写出相关点的坐标,(Ⅰ)求出平面平面PAB的一个法向量,利用,即可证得结论; (Ⅱ)根据二面角B-PC-D的大小为150°,求出PA=λ,代入代入体积公式即可求得结果. 解法一:(Ⅰ)证明:取PA的中点N,连接BN、NM, 在△PAD中,MN∥AD,且; 又BC∥AD,且, 所以MNBC,即四边形BCMN为平行四边形,CM∥BN. 又CM⊄平面PAB,BN⊂平面PAB,故CM∥平面PAB.…(5分) (Ⅱ)如图,连接AC,则二面角B-PC-D的大小等于二面角B-PC-A的大小与二面角D-PC-A的大小的和. 由,知DC⊥AC,又DC⊥PA,所以DC⊥平面PAC,即平面PDC⊥平面PAC, 所以二面角D-PC-A的大小为90°. 于是二面角B-PC-A的大小为60°, 过B作BE⊥AC于E,过E作EF⊥PC于F,连接BF, 由PA⊥面ABC,BE⊂面ABC,∴PA⊥BE. 又BE⊥AC,AC∩AP=A,∴BE⊥面PAC. 又PC⊂面PAC,∴BE⊥PC. ∵EF⊥PC,EF∩BE=E,∴PC⊥面BEF, ∵BF⊂面BEF,∴BF⊥PC 即∠EFB为二面角B-PC-A的平面角.…(9分) 在Rt△ABC中,,又易知△PBC为Rt△,且, ∴,解得λ=1.…(11分) 所以四棱锥P-ABCD的体积为.…(12分) 解法二:以A为坐标原点,以AB、AD、AP所在直线为x、y、z轴建立如图所示的空间直角坐标系.则B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,2,0),P(0,0,λ).…(2分) (I)由M为PD中点知M的坐标为(0,1,),所以. 又平面PAB的法向量可取为,而,即. 又CM⊄平面PAB,所以CM∥平面PAB.…(6分) (Ⅱ)设平面PBC的法向量为. ∵, ∴ 不妨取z1=1,则x1=λ,y1=0,∴. 又设平面PCD的法向量为. ∵,∴ 不妨取z2=-2,则y2=-λ,x2=-λ,∴.…(9分) 由的方向可知,解得λ=1.   …(11分) 所以四棱锥P-ABCD-体积为.                  …(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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