| 8.6.2 直线与平面垂直 题目答案及解析

稿件来源:高途

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必修二

第八章 立体几何初步

8.6 空间直线、平面的垂直

8.6.2 直线与平面垂直

如图,在四棱锥$P-ABCD$中,$\triangle ABD$是边长为$3$的正三角形,$BC\perp CD$$BC=CD$$PD\perp AB$,平面$PBD\perp$平面$ABCD$

$(1)$求证:$PD\perp$平面$ABCD$

$(2)$$PD=4$,求二面角$C-PB-D$的平面角的正切值.

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$(1)$证明见解析;

$(2)$$\\dfrac{5}{4}$

"]]

$(1)$连接$AC$$BD$于点$O$,由平面几何知识易知$AC\perp BD$

又平面$ABCD\perp$平面$PBD$$BD$是交线,$AC\subset$平面$ABCD$

$\therefore AC\perp$平面$PBD$

$PD\subset$平面$PBD$

$\therefore AC\perp PD$

$PD\perp AB$$AC\cap AB=A$$AC$$AB\subset$平面$ABCD$

$\therefore PD\perp$平面$ABCD$

$(2)$如图,以$O$为坐标原点,$OC$$x$轴,$OD$$y$轴,建立如图空间直角坐标系,

$PD=4$,则$C\left(\dfrac{3}{2},0,0\right),D\left(0,\dfrac{3}{2},0\right),B\left(0,-\dfrac{3}{2},0\right),P\left(0,\dfrac{3}{2},4\right)$

易知$\boldsymbol {n_1}=(1,0,0)$是平面$PBD$的一个法向量,$\overrightarrow{BC}=\left(\dfrac{3}{2},\dfrac{3}{2},0\right),\overrightarrow{BP}=(0,3,4)$

$\boldsymbol {n_2}=(x,y,z)$是平面$PBC$的一个法向量,

$\begin{cases}{\boldsymbol {{n}_{2}}\cdot \overrightarrow{BC}=\dfrac{3}{2}x+\dfrac{3}{2}y=0}\\ {\boldsymbol {{n}_{2}}\cdot \overrightarrow{BP}=3y+4z=0}\end{cases}$,取$\boldsymbol {n_2}=(-4,4,-3)$

$\therefore \cos \lt \boldsymbol {n_1},\boldsymbol {n_2}\gt =\dfrac{\boldsymbol {n_1}\cdot \boldsymbol {n_2}}{\vert \boldsymbol {n_1}\vert \vert \boldsymbol {n_2}\vert }=\dfrac{-4}{1\times \sqrt{41}}=\dfrac{-4\sqrt{41}}{41}$

$\because $二面角$C-PB-D$的平面角为锐角,

$\therefore $二面角$C-PB-D$的平面角的余弦值为$\dfrac{4\sqrt{41}}{41}$

$\therefore $二面角$C-PB-D$的平面角的正切值为$\dfrac{5}{4}$

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