Question

11．已知如圖，四邊形ABCD是直角梯形，AB∥DC，AB⊥AD，AP⊥平面ABCD，DC=2AB=2AD=2AP，點E、F、G分別是PB、PC、PD的中點．
（Ⅰ）求證：AC∥平面EFG；
（Ⅱ）求二面角A-PC-D的余弦值．

Answer 1

分析 （Ⅰ）推導出EF∥BC，GF∥DC，從而平面EFG∥平面ABCD，由此能證明AC∥平面EFG．
（Ⅱ）根據條件，直線AB，AD，AP兩兩垂直，分別以直線AB，AD，AP為x，y，z軸，建立空間直角坐標系A-xyz．利用向量法能求出二面角A-PC-D的余弦值．

解答 （本題滿分12分）
證明：（Ⅰ）∵點E、F、G分別是PB、PC、PD的中點，
∴EF∥BC，GF∥DC．…（1分）
∵EF?平面ABCD，GF?平面ABCD，BC?平面ABCD，DC?平面ABCD，
∴EF∥平面ABCD，GF∥平面ABCD．…（3分）
∵EF∩GF=F，∴平面EFG∥平面ABCD．…（5分）
∵AC?平面ABCD，∴AC∥平面EFG． …（6分）
解：（Ⅱ）根據條件，直線AB，AD，AP兩兩垂直，分別以直線AB，AD，AP為x，y，z軸，
建立如圖所示的空間直角坐標系A-xyz．
設DC=2AB=2AD=2AP=2，則C（2，1，0），D（0，1，0），P（0，0，1），
$\overrightarrow{AC}$=（2，1，0），$\overrightarrow{AP}$=（0，0，1），$\overrightarrow{DC}$=（2，0，0），$\overrightarrow{DP}$=（0，-1，1）．…（8分）
設$\overrightarrow{n}=（x，y，z）$，$\overrightarrow{m}=（a，b，c）$分別是平面ACP和平面CDP的一個法向量，
∴$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{AC}=2x+y=0}\\{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{AP}=z=0}\end{array}\right.$，取x=1，得$\overrightarrow{n}=（1，-2，0）$，
$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{DC}=2a=0}\\{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{DP}=-b+c=0}\end{array}\right.$，取b=1，得$\overrightarrow{m}$=（0，1，1）．…（10分）
∴cos＜$\overrightarrow{n}，\overrightarrow{m}$＞=$\frac{\overrightarrow{n}•\overrightarrow{m}}{|\overrightarrow{n}|•|\overrightarrow{m}|}$=$\frac{-2}{\sqrt{5}×\sqrt{2}}$=-$\frac{\sqrt{10}}{5}$．…（11分）
∵二面角A-PC-D是銳角，
∴二面角A-PC-D的余弦值是$\frac{\sqrt{10}}{5}$．…（12分）

點評 本題考查線面平行的證明，考查二面角的余弦值的求不地，是中檔題，解題時要認真審題，注意向量法的合理運用．