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如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AB⊥AD,AC⊥CD,∠ABC=60°,PA=AB=BC,E是PC的

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/05/16 19:36:31
如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AB⊥AD,AC⊥CD,∠ABC=60°,PA=AB=BC,E是PC的中点.
(Ⅰ)证明:CD⊥AE;
(Ⅱ)证明:PD⊥平面ABE;
(Ⅲ)求二面角A-PD-C的正切值.
(Ⅰ)证明:在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,CD⊂平面ABCD,∴CD⊥PA.
又CD⊥AC,PA∩AC=A,∴CD⊥面PAC,
∵AE⊂面PAC,故CD⊥AE.
(Ⅱ)证明:由PA=AB=BC,∠ABC=60°,可得PA=AC,
∵E是PC的中点,∴AE⊥PC,
由(1)知CD⊥AE,从而AE⊥面PCD,故AE⊥PD.
由(Ⅰ)知,AE⊥CD,且PC∩CD=C,所以AE⊥平面PCD.
而PD⊂平面PCD,∴AE⊥PD.
∵PA⊥底面ABCD,PD在底面ABCD内的射影是AD,AB⊥AD,∴AB⊥PD.
又∵AB∩AE=A,∴PD⊥面ABE
(Ⅲ)过点A作AM⊥PD,垂足为M,连接EM,则(Ⅱ)知,AE⊥平面PCD,AM在平面PCD内的射影是EM,则EM⊥PD,因此∠AME是二面角A-PD-C的一个平面角.
由已知,得∠CAD=30°.设AC=a,则PA=a,AD=
2
3
3a,PD=

21
3a,AE=

2
2a.
在直角△ADP中,∵AM⊥PD,∴AM×PD=PA×AD,∴AM=
2
7
7a.
在直角△AEM中,AE=

2
2a,AM=
2
7
7a,∴EM=