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如图.在四棱锥P-ABCD中.PA⊥平面ABCD.AB∥CD.∠DAB=90°.PA=AD=DC=1.AB=2.M为PB的中点.(I)证明:MC∥平面PAD,(II)求直线MC与平面PAC所成角的余弦

编辑:chaxungu时间:2026-04-27 17:20:43分类:高中数学题库

如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AB∥CD,∠DAB=90°,PA=AD=DC=1,AB=2,M为PB的中点.
(I)证明:MC∥平面PAD;
(II)求直线MC与平面PAC所成角的余弦值.在线课程解:(Ⅰ)如图,取PA的中点E,连接ME,DE,
∵△PAB中,M、E分别为PB、PA的中点,∴EM∥AB且EM=AB.
又∵AB∥DC,且DC=AB,∴EM∥DC,且EM=DC
∴四边形DCME为平行四边形,∴MC∥DE,
又∵MC?平面PAD,DE?平面PAD,所以MC∥平面PAD;
(Ⅱ)取PC中点N,连接MN,则MN∥BC
∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥BC,
又∵AC2+BC2=2+2=AB2,∴AC⊥BC
∵PA∩AC=A,PA⊥BC,AC⊥BC.∴BC⊥平面PAC,
∵MN为△PBC的中位线,可得BC∥MN
∴MN⊥平面PAC,可得∠MCN为直线MC与平面PAC所成角,
∵NC=PC=,MC=PB=
∴Rt△MCN中,cos∠MCN==
即直线MC与平面PAC所成角的余弦值为
分析:(Ⅰ)取PA的中点E,连接ME、DE,可以证出四边形DCME为平行四边形,从而得到MC∥DE,再利用线面平行的判定定理即可得到MC∥平面PAD;
(Ⅱ)取PC中点N,连接MN,利用线面垂直的判定定理可证出BC⊥平面PAC,结合BC∥MN可得MN⊥平面PAC,∠MCN为直线MC与平面PAC所成角,最后在Rt△MCN中利用三角函数的定义,可求直线MC与平面PAC所成角的余弦值;
点评:本题在特殊的四棱锥中求证线面平行并求直线与平面所成角的余弦,着重考查了直线与平面平行的判定定理、线面垂直的判定定理等知识,同时考查学生的计算能力和空间想象能力,正确作出辅助线是解决本题的关键.