Question

已知在正四棱锥P-ABCD中（如图），高为1cm，其体积为4cm³，求异面直线PA与CD所成角的大小．

Answer

连接AC、BD交于O点，连接PO．根据锥体体积公式，结合题中数据可算出正四棱锥的底面边长，从而用勾股定理算出PA长，然后在△PAB中，利用余弦定理计算出∠PAB的余弦值，因为CD∥AB，所以这个余弦值就是PA与CD所成角θ的余弦值，从而得到异面直线PA与CD所成角的大小．
【解析】
连接AC、BD交于O点，连接PO，则PO就是正四棱锥的高
设异面直线PA与CD所成角的大小θ，底边长为a，
则依题意得，正四棱锥P-ABCD体积为V=a2×1=4      …（4分）
∴a=2，可得AC=2
Rt△PAO中，OA=，PO=1
∴PA==        …（7分）
因为CD∥AB，所以直线PA与AB所成的锐角就是PA与CD所成角θ．     …（9分）
△PAB中，PA=PB=，AB=2，
∴cos∠PAB==，即cosθ=，
所以PA与CD所成角θ=arccos．        …（12分）