Question

如图，已知四棱锥P-ABCD的底面是直角梯形，∠ABC=∠BCD=90°，AB=BC=PB=PC=2CD=2，侧面PBC⊥底面ABCD．
（1）求证：PA⊥BD；
（2）求二面角P-AD-B的余弦值．

Answer

（1）首先建立恰当的空间直角坐标系，然后表示出、的坐标，证明其乘积为0即可；
（2）分别求出平面PAD的法向量与平面BAD的法向量，由它们的夹角余弦值进而求出二面角P-AD-B的余弦值．
（1）证明：如图，∵△PBC是等边三角形，O是BC中点，∴PO⊥BC．
由侧面PBC⊥底面ABCD，得PO⊥平面ABCD，
以BC中点O为原点，以BC所在直线为x轴，过点O与AB平行的直线为y轴，建立如图所示的
空间直角坐标系O-xyz．
∵AB=BC=PB=PC=2CD=2，
∴A（1，-2，0），B（1，0，0），D（-1，-1，0），P（0，0，）．
∴，．
∵=0，
∴即BD⊥PA．

（2）【解析】
由（1）知=（-2，1，0），=（1，-2，-），
设平面PAD的法向量为=（x，y，z），
则，即．
不妨取=（1，2，-）．
又平面BAD的一个法向量为=（0，0，1），
∴cos＜，＞===．
又二面角P-AD-B是锐二面角，
∴二面角P-AD-B的余弦值为．