Question

四棱锥P-ABCD中，PA⊥面ABCD，PA=AB=BC=2，E为PA中点，过E作平行于底面的面EFGH分别与另外三条侧棱交于F，G，H，已知底面ABCD为直角梯形，AD∥BC，AB⊥AD，∠BCD=135°
（1）求异面直线AF，BG所成的角的大小；
（2）设面APB与面CPD所成的锐二面角的大小为θ，求cosθ．

Answer

由题意可知，AP、AD、AB两两垂直，可建立空间直角坐标系A-xyz，求出图中各点坐标
（1）求出异面直线AF，BG的方向向量，根据两个向量的数量积为0，两个向量垂直，易得异面直线AF，BG所成的角的大小为；
（2）求出平面APB的法向量为和设平面CPD的法向量为，代入向量夹角公式，可得面APB与面CPD所成的锐二面角的大小．
【解析】
由题意可知，AP、AD、AB两两垂直，可建立空间直角坐标系A-xyz，由平面几何知识知：
AD=4，D（0，4，0），B（2，0，0），
C（2，2，0），P（0，0，2），E（0，0，1），
F（1，0，1），G（1，1，1）…（2分）
（1），
∴
∴．…（4分）
（2）∵AD⊥平面APB，
∴平面APB的法向量为=（0，1，0）
设平面CPD的法向量为，

∴=（1，1，2）．…（10分）
∴，
…（12分）