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如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,AB=2,...

如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,AB=2,∠BAD=60°.
(Ⅰ)求证:BD⊥平面PAC;
(Ⅱ)若PA=AB,求PB与AC所成角的余弦值;
(Ⅲ)当平面PBC与平面PDC垂直时,求PA的长.

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(I)由已知条件可得ACBD,PABD,根据直线与平面垂直的判定定理可证 (II)结合已知条件,设AC与BD的交点为O,则OB⊥OC,故考虑分别以OB,OC,为x轴,以过O且垂直于平面ABCD的直线为z轴,建立空间直角坐标系, 设PB与AC所成的角为θ,则,代入公式可求 (III)分别求平面PBC的法向量,平面PDC的法向量                           由平面PBC⊥平面PDC可得从而可求t即PA 【解析】 (I)证明:因为四边形ABCD是菱形,所以AC⊥BD, 又因为PA⊥平面ABCD,所以PA⊥BD,PA∩AC=A 所以BD⊥平面PAC (II)设AC∩BD=O,因为∠BAD=60°,PA=AB=2, 所以BO=1,AO=OC=, 以O为坐标原点,分别以OB,OC,为x轴,以过O且垂直于平面ABCD的直线为z轴,建立空间直角坐标系O-xyz,则 P(0,-,2),A(0,-,0),B(1,0,0),C(0,,0) 所以, 设PB与AC所成的角为θ,则cosθ=| (III)由(II)知,设, 则 设平面PBC的法向量=(x,y,z) 则=0, 所以令, 平面PBC的法向量所以, 同理平面PDC的法向量,因为平面PBC⊥平面PDC, 所以=0,即-6+=0,解得t=, 所以PA=.
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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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