Question

如图，PA⊥矩形ABCD所在的平面，M，N分别是PC，PA的中点，且PA=AB=2AD．
（I）求二面角P-AB-M的余弦值大小；
（Ⅱ）在线段AD上是否存在一点G，使GM⊥平面PBC？若不存在，说明理由；若存在，确定点c的位置．

Answer

（I）设PA=AB=2AD=2，以AD为x轴，以AB为y轴，以AP为z轴，建立空间直角坐标系，利用向量法能求出二面角P-AB-M的余弦值．
（Ⅱ）假设线段AD上是存在一点G（x，0，0），使GM⊥平面PBC，则=（，1，1），，，由GM⊥平面PBC，知，=0，由此能推导出线段AD的中点G，使GM⊥平面PBC．
【解析】
（I）设PA=AB=2AD=2，
以AD为x轴，以AB为y轴，以AP为z轴，建立空间直角坐标系，
则A（0，0，0），P（0，0，2），B（0，2，0），C（1，2，0），
∴M（，1，1），，=（0，2，0），
设平面ABM的法向量=（x，y，z），则，=0，
∴，∴=（2，0，-1），
∵平面APB的法向量=（1，0，0），
∴二面角P-AB-M的余弦值cosθ=|cos＜＞|=||=．
（Ⅱ）假设线段AD上是存在一点G（x，0，0），使GM⊥平面PBC，
则=（，1，1），，，
∵GM⊥平面PBC，∴，=0，
∴，
∴，
∴G（1，0，0），
∴线段AD的中点G，使GM⊥平面PBC．