Question

如图，四棱锥中，底面ABCD为梯形，底面ABCD，，，，．

1求证：平面平面PBC；

2设H为CD上一点，满足，若直线PC与平面PBD所成的角的正切值为，求二面角的余弦值．

Answer

（1）证明见解析；（2）

【解析】

试题（I）由直角三角形可得，由线面垂直的性质可得，从而可得平面进而可得结论；（II）以点为坐标原点，分别轴建立空间直角坐标系，分别求出平面与平面的一个法向量，根据空间向量夹角余弦公式，可得结果.

试题解析：（I）由，可得，

又

从而，底面，

，平面所以平面平面.

（II）由（I）可知为与底面所成角.

所以，所以

又及，可得,

以点为坐标原点，分别轴建立空间直角坐标系，

则.

设平面的法向量.

则由得取

同理平面的法向量为

所以

又二面角为锐角.所以二面角余弦值为.

【方法点晴】本题主要考查利用空间垂直关系以及空间向量求二面角，属于难题.空间向量解答立体几何问题的一般步骤是：（1）观察图形，建立恰当的空间直角坐标系；（2）写出相应点的坐标，求出相应直线的方向向量；（3）设出相应平面的法向量，利用两直线垂直数量积为零列出方程组求出法向量；（4）将空间位置关系转化为向量关系；（5）根据定理结论求出相应的角和距离.