Question

如圖，邊長為2的等邊△PCD所在的平面垂直于矩形ABCD所在的平面，BC＝，M為BC的中點

(Ⅰ)證明：AM⊥PM ；

(Ⅱ)求二面角P－AM－D的大小；

(Ⅲ)求點D到平面AMP的距離

Answer 1

(Ⅰ)證明見解析(Ⅱ)45°(Ⅲ)

解析:

(Ⅰ) 取CD的中點E，連結(jié)PE、EM、EA.

∵△PCD為正三角形，∴PE⊥CD，PE=PDsin∠PDE=2sin60°=

∵平面PCD⊥平面ABCD， ∴PE⊥平面ABCD           （2分）

∵四邊形ABCD是矩形

∴△ADE、△ECM、△ABM均為直角三角形

由勾股定理可求得：EM=，AM=，AE=3

∴                           （4分）

，又在平面ABCD上射影：

∴∠AME=90°，       ∴AM⊥PM                   （6分）

(Ⅱ)由(Ⅰ)可知EM⊥AM，PM⊥AM

∴∠PME是二面角P－AM－D的平面角            （8分）

∴tan ∠PME=

∴∠PME=45°

∴二面角P－AM－D為45°；                    （10分）

(Ⅲ)設(shè)D點到平面PAM的距離為，連結(jié)DM，則

 ，    ∴

而                          （12分）

在中，由勾股定理可求得PM=

,所以：∴

即點D到平面PAM的距離為                        （14分）

解法2：(Ⅰ) 以D點為原點，分別以直線DA、DC為x軸、y軸，建立如圖所示的空間直角坐標系,

依題意，可得

     ……2分

∴

      （4分）

∴ 

即,∴AM⊥PM              （6分）

 (Ⅱ)設(shè)，且平面PAM，則

   即

∴ ，   

取，得                     （8分）

取，顯然平面ABCD，    ∴

結(jié)合圖形可知，二面角P－AM－D為45°；     （10分）

(Ⅲ) 設(shè)點D到平面PAM的距離為，由(Ⅱ)可知與平面PAM垂直，則

=

即點D到平面PAM的距離為               （14分）