如图,四边形ABCD为正方形,PD⊥平面ABCD,PD∥QA,QA=AB=
PD.(I)证明:平面PQC⊥平面DCQ
(II)求二面角Q-BP-C的余弦值.在线课程
解:如图,以D为坐标原点,线段DA的长为单位长,射线DA为x轴的正半轴建立空间直角坐标系D-xyz;(Ⅰ)依题意有Q(1,1,0),C(0,0,1),P(0,2,0);
则
=(1,1,0),
=(0,0,1),
=(1,-1,0),所以
•
=0,
•
=0;即PQ⊥DQ,PQ⊥DC,
故PQ⊥平面DCQ,
又PQ?平面PQC,所以平面PQC⊥平面DCQ;
(Ⅱ)依题意,有B(1,0,1),
=(1,0,0),
=(-1,2,-1);设
=(x,y,z)是平面的PBC法向量,则
即
,因此可取
=(0,-1,-2);设
是平面PBQ的法向量,则
,可取
=(1,1,1),所以cos<
,
>=-
,故二面角角Q-BP-C的余弦值为-
.分析:首先根据题意以D为坐标原点,线段DA的长为单位长,射线DA为x轴的正半轴建立空间直角坐标系D-xyz;
(Ⅰ)根据坐标系,求出则
、
、
的坐标,由向量积的运算易得
•
=0,
•
=0;进而可得PQ⊥DQ,PQ⊥DC,由面面垂直的判定方法,可得证明;(Ⅱ)依题意结合坐标系,可得B、
、
的坐标,进而求出平面的PBC的法向量
与平面PBQ法向量
,进而求出cos<
,
>,根据二面角与其法向量夹角的关系,可得答案.点评:本题用向量法解决立体几何的常见问题,面面垂直的判定与二面角的求法;注意建立坐标系要容易求出点的坐标,顶点一般选在有两两垂直的三条直线的交点处,这样才有助于下一步的计算.