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如图,在四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,∠BCD=90°,∠PDC=∠PDA=60°,2CD=2AD=PD=BC,E,F分别是PD,BC的中点.(1)求证:PF∥平面AEC;(2)求PF与平面PDC所成角的正弦值.

2023-07-31 11:31:00 编辑:join 浏览量:603

如图,在四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,∠BCD=90°,∠PDC=∠PDA=60°,2CD=2AD=PD=BC,E,F分别是PD,BC的中点.(1)求证:PF∥平面AEC;(2)求PF与平面PDC所成角的正弦值.

(1)证明:连接DF,交AC于点O,连接OE,AF,

∵AD∥BC,∠BCD=90°,2CD=2AD=BC,且F为BC的中点,

∴四边形AFCD为正方形,

∴O为DF的中点,

又E为PD的中点,∴OE∥PF,

∵OE⊂平面AEC,PF⊄平面AEC,

∴PF∥平面AEC.

(2)设2CD=2AD=PD=BC=2,

在△PCD中,由余弦定理知,PC2=PD2+CD2-2PD·CD•cos∠PDC=4+1-2×2×1×$\frac{1}{2}$=3,

∴PC2+CD2=PD2,即CD⊥PC,

又∠BCD=90°,即CD⊥BC,且PC∩BC=C,PC、BC⊂平面PBC,

∴CD⊥平面PBC,

∵CD⊂平面PDC,∴平面PDC⊥平面PBC,

∴点F在面PDC上的投影在PC上,即∠CPF为PF与平面PDC所成角,

∵∠PDC=∠PDA=60°,CD=AD,PD=PD,

∴△PCD≌△PAD,∴CE=AE=$\frac{1}{2}$PD=1,

∵AC=$\sqrt{2}$AD=$\sqrt{2}$,∴CE2+AE2=AC2,即CE⊥AE,

∵O为AC的中点,∴OE=$\frac{1}{2}$AC=$\frac{\sqrt{2}}{2}$,

∴PF=2OE=$\sqrt{2}$,

在△PCF中,有CF=$\frac{1}{2}$BC=1,PC=$\sqrt{3}$,∴PF2+CF2=PC2,即PF⊥CF,

∴sin∠CPF=$\frac{CF}{PC}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$,

故PF与平面PDC所成角的正弦值为$\frac{\sqrt{3}}{3}$.

标签:BC,PDC,PD

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