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(本小題滿分12分)
如圖,在四棱錐PABCD中,側面PAD⊥底面ABCD,側棱PAPD=,底面ABCD為直角梯形,其中BCAD,ABAD,AD=2AB=2BC=2,OAD中點.
(Ⅰ)求證:PO⊥平面ABCD
(Ⅱ)求異面直線PB與CD所成角的余弦值;
(Ⅲ)求點A到平面PCD的距離.
(1)同解析(2)異面直線PBCD所成的角的余弦值為.(3)點A到平面PCD的距離d
解法一:
(Ⅰ)證明:在△PAD卡中PAPDOAD中點,所以POAD.
又側面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩平面ABCDADPO平面PAD
所以PO⊥平面ABCD.
(Ⅱ)連結BO,在直角梯形ABCD中,BCAD,AD=2AB=2BC
ODBCODBC,所以四邊形OBCD是平行四邊形,
所以OBDC.
由(Ⅰ)知POOB,∠PBO為銳角,
所以∠PBO是異面直線PBCD所成的角.
因為AD=2AB=2BC=2,在Rt△AOB中,AB=1,AO=1,所以OB
在Rt△POA中,因為AP=AO=1,所以OP=1,
在Rt△PBO中,PB,
cos∠PBO=,
所以異面直線PBCD所成的角的余弦值為.
(Ⅲ)

由(Ⅱ)得CDOB
在Rt△POC中,PC
所以PCCDDPS△PCD=·2=.
S△=
設點A到平面PCD的距離h
VP-ACD=VA-PCD
SACD·OPSPCD·h
×1×1=××h
解得h.
解法二:

(Ⅰ)同解法一,
(Ⅱ)以O為坐標原點,的方向分別為x軸、y軸、z軸的正方向,建立空間直角坐標系O-xyz.
A(0,-1,0),B(1,-1,0),C(1,0,0),
D(0,1,0),P(0,0,1).
所以=(-1,1,0),=(t,-1,-1),
∞〈〉=
所以異面直線PBCD所成的角的余弦值為
(Ⅲ)設平面PCD的法向量為n=(x0,y0,x0),
由(Ⅱ)知=(-1,0,1),=(-1,1,0),
則  n·=0,所以  -x0+ x0=0,
n·=0,    -x0+ y0=0, 
x0=y0=x0,    
x0=1,得平面的一個法向量為n=(1,1,1).
=(1,1,0).
從而點A到平面PCD的距離d
練習冊系列答案
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若不存在,試說明理由;
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