Question

如圖，已知四棱錐的P-ABCD，PA⊥底面ABCD，AB∥CD，AB⊥AD且AP=AB=3，
AD=，∠ABC=60°．
（Ⅰ）點F為線段PB上一點，PF：FB=2，求證：CF∥面ADP；
（Ⅱ）求二面角F-AC-B的余弦值．

Answer 1

證明：（I）過點C做AB的垂線CE，E為垂足
∵AB⊥AD
∴AD∥CE
又∵AB∥CD
∴四邊形ABCD為平行四邊形
∴CE=AD=
在Rt△BCE中，CE=BEtan60°
∴BE=1
∴AE=2…3分
如圖，以A為原點建立空間直角坐標系，則A（0，0，0），B（0，3，0），P（0，0，3），C（，2，0）
∵PF：FB=2：1
∴F（0，2，1）
∵=（-，0，1），=（0，3，0）
又∵•=0，
∴⊥，
∵AB⊥平面ADP，即平面ADP的法向量為，
故CF∥平面ADP…6分
（II）設平面AFC的法向量為=（x，y，z），則⊥，⊥，
即•=0，•=0，
即
則=（1，，）
又AP⊥平面ACB，故=（0，0，3）為平面ACB的一個法向量，
∴二面角F-AC-B的余弦值為==…12分
分析：（I）過點C做AB的垂線CE，E為垂足，我們易求出AE的值，進而A為原點建立空間直角坐標系，求出直線CF的方向向量和平面ADP的法向量，根據兩個向量的數量積為0，得到兩個向量垂直，進而得到CF∥面ADP；
（Ⅱ）分別求出平面FAC和平面ABC的法向量，代入向量夾角公式，即可求出二面角F-AC-B的余弦值．
點評：本題考查的知識點是二面角的平面角及其求法，直線與平面平行的判定，其中（I）的關鍵是證得直線CF的方向向量和平面ADP的法向量垂直，（II）的發是求出平面FAC和平面ABC的法向量，將二面角問題轉化為向量夾角問題．