如图,四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD是正方形,PD=AB=2,E为PC中点.(1)求证:DE⊥平面PCB;

2025-05-10 00:25:43
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解答:(1)证明:∵PD⊥平面ABCD,∴PD⊥BC,
又∵正方形ABCD中,CD⊥BC,PD∩CD=D,
∴BC⊥平面PCD,
又∵DE?平面PCD,∴BC⊥DE,
∵PD=CD,E是PC的中点,
DE⊥PC,PC∩BC=C,
∴DE⊥平面PCB.…(4分)
(2)解:过点C作CM⊥BE于点M,
由(1)知平面DEB⊥平面PCB,
又平面DEB∩平面PCB=BE,
∴CM⊥平面DEB,
∴线段CM的长度就是点C到平面DEB的距离,
∵PD=AB=2,PD=AB=CD=2,∠PDC=90°,
∴PC=2

2
,EC=
2
,BC=2,
∴BE=
6
,∴CM=
CE?BC
BE
2
3
3
.…(8分)
(3)以点D为坐标原点,分别以直线DA,DC,DP为x轴,y轴,z轴,
建立如图所示的空间直角坐标系,
由题意知:D(0,0,0),P(0,0,2),B(2,2,0),E(0,1,1),
DB
=(2,2,0),
DE
=(0,1,1)

设平面BDE的法向量为
n
=(x,y,z)

n
?
DB
=0
n
?
DE
=0

2x+2y=0
y+z=0
,令z=1,得到y=-1,x=1,∴
n
=(1,?1,1)

又∵C(0,2,0),A(2,0,0),
AC
=(?2,2,0)
,且AC⊥平面PDB,
∴平面PDB的一个法向量为
m
=(1,?1,0)

设二面角E-BD-P的平面角为α,
则cosα=|cos<
m
n
>|=|
1+1+0
2
?
3
|=
6
3

∴二面角E-BD-P的余弦值为