Question

如图，在四棱锥中，顶点在底面内的射影恰好落在的中点上，又，且

（1）求证：；

（2）若，求直线与所成角的余弦值；

（3）若平面与平面所成的角为，求的值。

Answer

（1）利用两直线的方向向量垂直证明线线垂直；（2）；（3）．

【解析】

试题分析：因为AB中点O为点P在平面ABCD内的射影，所以PO⊥底面ABCD．以O为坐标原点，AB所在直线为x轴，OP所在直线为z轴，建立空间直角坐标系o﹣xyz（如图）．

（1）设BC=a，OP=h则依题意得：B（a，0，0），A（﹣a，0，0），P（0，0，h），C（a，a，0），D（﹣a，2a，0）．

∴=（2a，a，0），=（﹣a，2a，﹣h），

于是?=﹣2a2+2a2=0，∴PD⊥AC； 4分

（2）由PO=BC，得h=a，于是P（0，0，a），5分

∵=（2a， 0，0），=（﹣a，2a，﹣a），

∴?=﹣2a2，cos＜，＞==，

∴直线PD与AB所成的角的余弦值为； -8分

（3）设平面PAB的法向量为m，可得m=（0，1，0），

设平面PCD的法向量为n=（x，y，z），

由=（a，a，﹣h），=（﹣a，2a，﹣h），

∴，解得n=（1，2，），∴m?n=2，

cos＜m，n＞=，∵二面角为60°，∴=4，

解得=，即=．       12分

考点：本题考查了空间中的线面关系