Question

如图，在四棱锥P﹣ABCD中，已知PA⊥平面ABCD，且四边形ABCD为直角梯形，∠ABC=∠BAD=，PA=AD=2，AB=BC=1．

（1）求平面PAB与平面PCD所成二面角的余弦值；

（2）点Q是线段BP上的动点，当直线CQ与DP所成的角最小时，求线段BQ的长．

Answer

（1）（2）

【解析】

试题分析：以A为坐标原点，以AB、AD、AP所在直线分别为x、y、z轴建系A﹣xyz．

（1）所求值即为平面PAB的一个法向量与平面PCD的法向量的夹角的余弦值的绝对值，计算即可；

（2）利用换元法可得cos2＜，＞≤，结合函数y=cosx在（0，）上的单调性，计算即得结论．

【解析】
以A为坐标原点，以AB、AD、AP所在直线分别为x、y、z轴建系A﹣xyz如图，

由题可知B（1，0，0），C（1，1，0），D（0，2，0），P（0，0，2）．

（1）∵AD⊥平面PAB，∴=（0，2，0），是平面PAB的一个法向量，

∵=（1，1，﹣2），=（0，2，﹣2），

设平面PCD的法向量为=（x，y，z），

由，得，

取y=1，得=（1，1，1），

∴cos＜，＞==，

∴平面PAB与平面PCD所成两面角的余弦值为；

（2）∵=（﹣1，0，2），设=λ=（﹣λ，0，2λ）（0≤λ≤1），

又=（0，﹣1，0），则=+=（﹣λ，﹣1，2λ），

又=（0，﹣2，2），从而cos＜，＞==，

设1+2λ=t，t∈[1，3]，

则cos2＜，＞==≤，

当且仅当t=，即λ=时，|cos＜，＞|的最大值为，

因为y=cosx在（0，）上是减函数，此时直线CQ与DP所成角取得最小值．

又∵BP==，∴BQ=BP=．

考点：二面角的平面角及求法；点、线、面间的距离计算．