Question

如图，在等腰梯形ABCD中，AB∥DC，AB=4，CD=2，等腰梯形的高为3，O为AB中点，PO⊥平面ABCD，垂足为O，PO=2，EA∥PO．
（1）求证：BD⊥平面EAC；
（2）求二面角E-AC-P的平面角的余弦值．

Answer

（1）欲证BD⊥平面EAC，根据直线与平面垂直的判定定理可知只需证BD与平面EAC内两相交直线垂直，取CD中点M，以AB中点O为坐标原点，OA、OM、OP为x轴、y轴、z轴建立直角坐标系，根据向量数量积可知BD⊥AC，而BD⊥AE，满足定理所需条件；
（2）先求出平面PAC的一个法向量，结合图形可知是平面EAC的一个法向量，然后利用向量的夹角公式求出此角的余弦值即为二面角E-AC-P的余弦值．
【解析】
（1）证：如图，取CD中点M，以AB中点O为坐标原点，OA、OM、OP为x轴、y轴、z轴建立直角坐标系，
则A（2，0，0），B（-2，0，0），C（-1，3，0），D（1，3，0），

∴BD⊥AC、（4分）
∵AE∥PO，PO⊥平面ABCD，∴AE⊥平面ABCD得BD⊥AE，
∴BD⊥平面EAC
（2）P（0，0，2），=（-2，0，2），设平面PAC的一个法向量，
由得设x=1得．=（3，3，0）是平面EAC的一个法向量
．故二面角E-AC-P的余弦值．（12分）