Question

如圖，在正四棱錐P－ABCD中，PA＝AB＝，點(diǎn)M，N分別在線(xiàn)段PA和BD上，BN＝BD．
（1）若PM＝PA，求證：MN⊥AD；
（2）若二面角M－BD－A的大小為，求線(xiàn)段MN的長(zhǎng)度．

Answer 1

（1）詳見(jiàn)解析;（2）．

解析試題分析：（1）由于這是一個(gè)正四棱錐，故易建立空間坐標(biāo)系，易得各點(diǎn)的坐標(biāo)，由，得，由，得，即可求得向量的坐標(biāo)：．不難計(jì)算出它們的數(shù)量積，問(wèn)題得證;（2）利用在上，可設(shè)，得出點(diǎn)的坐標(biāo)，表示出，進(jìn)而求出平面的法向量n＝(λ－1，0，λ)，由向量的夾角公式可得，解得，從而確定出，由兩點(diǎn)間距離公式得.
試題解析：證明：連接交于點(diǎn)，以為軸正方向，以為軸正方向，為軸建立空間直角坐標(biāo)系．
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/01/e/17nqn4.png" style="vertical-align:middle;" />，則．
（1）由，得，由，得，
所以．
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/0d/1/1qhvg2.png" style="vertical-align:middle;" />．所以.                   4分
（2）因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/1c/b/y5ifj.png" style="vertical-align:middle;" />在上，可設(shè)，得．
所以．
設(shè)平面的法向量，
由得
其中一組解為，所以可取n＝(λ－1，0，λ).        8分
因?yàn)槠矫?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/b5/9/xrxzb3.png" style="vertical-align:middle;" />的法向量為，
所以，解得， 
從而，
所以.                      10分
考點(diǎn)：1.線(xiàn)線(xiàn)垂直的證明;2.二面角的計(jì)算