(2014?嘉兴二模)如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AD∥BC,PA=AB=AD=2BC=2,∠BAD=θ,E是棱PD的中

2025-05-19 04:09:54
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回答1:

解答:(Ⅰ)证明:当θ=60°时,
∵AD∥BC,AB=AD=2BC=2.
∴CD⊥AD.
又PA⊥平面ABCD,∴PA⊥CD.
∴CD⊥平面PAD.
又AE?平面PAD,∴CD⊥AE.
又PA=AD,E是棱PD的中点,
∴PD⊥AE.
∵PD∩CD=D,∴AE⊥平面PCD.(7分)
(Ⅱ)解:如图,建立空间直角坐标系A-xyz,
则P(0,0,2),B(2sinθ,2cosθ,0),
C(2sinθ,2cosθ+1,0),D(0,2,0).

DP
=(0,?2,2)、
DC
=(2sinθ,2cosθ?1,0)

设平面PCD的法向量为
n
=(x,y,z)

n
DP
n
DC
?
?2y+2z=0
(2sinθ)x+(2cosθ?1)y=0

取y=1,得
n
=(
2cosθ?1
2sinθ
,1,1)

又平面ABCD的法向量为
m
=(0,0,1)

设二面角P-CD-A的平面角为α,
cosα=
|
m
?
n
|
|
m
|?|
n
|
1
(
2cosθ?1
2sinθ
)
2
+2

要使α最小,则cosα最大,即
2cosθ?1
2sinθ
=0

cosθ=
1
2
,得θ=
π
3
.(8分)