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四棱锥P-ABCD中.底面ABCD为矩形.侧面PAB为正三角形.AB=2.BC=.E为AB的中点.(1)证明:PE⊥平面ABCD, (2)求二面角A-PD-B的大小.

编辑:chaxungu时间:2026-04-27 16:59:22分类:高中数学题库

四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,侧面PAB为正三角形,AB=2,BC=数学公式,E为AB的中点.
(1)证明:PE⊥平面ABCD;  (2)求二面角A-PD-B的大小.在线课程证明:(1)设BD与CE交于点O
tan∠BDC=tan∠BCE=
∴∠OBC+∠OCB=90°
∴∠BOC=90°
∴BD⊥CD
又∵PC⊥BD,PC∩CE=C
∴BD⊥平面PCE
∴BD⊥PE
又∵侧面PAB为正三角形,E为AB的中点.
∴PE⊥AB
∴PE⊥平面ABCD;
解:(2)由(1)中,PE⊥平面ABCD
∴平面PAB⊥平面ABCD
又∵AD⊥AB
∴平面PAB⊥平面PAD
设F为PA的中点,连接BF,则BF⊥PA
∴BF⊥平面PAD,
过F作FG⊥PD,连接BG
则BG⊥PD
即∠BGF为二面角A-PD-B的平面角
在△PFG及△BGF中
FG=PF•sin∠APD=1×=
∴tan∠BGF==3
∴二面角A-PD-B的大小为arctan3
分析:(1)设BD与CE交于点O,由已知中底面ABCD为矩形,AB=2,BC=,由勾股定理可得BD⊥CD,又由已知中PC⊥BD,由线面垂直的判定定理可得BD⊥平面PCE,进而BD⊥PE,又由E为AB的中点,侧面PAB为正三角形,由等腰三角形三线合一可得PE⊥AB,结合线面垂直的判定定理可得PE⊥平面ABCD;
(2)设F为PA的中点,连接BF,根据二面角的定义,可得∠BGF为二面角A-PD-B的平面角,解△PFG及△BGF,即可得到二面角A-PD-B的大小.
点评:本题考查的知识点是二面角的平面角及求法,直线与平面垂直的判定,其中(1)的关键是熟练掌握线面垂直的判定定理和性质定理,(2)的关键是找到二面角A-PD-B的平面角∠BGF.