已知四棱锥P-ABCD．四边形ABCD是边长为1的正方形，PA⊥面ABCD．（Ⅰ）求证：PC⊥DB．（Ⅱ）试问：当AP的长度为多少时，二面角D-PC-A的大小为60°？-数学试题及答案

1、试题题目：已知四棱锥P-ABCD．四边形ABCD是边长为1的正方形，PA⊥面ABCD．（Ⅰ）求..

发布人：繁体字网（www.fantiz5.com）发布时间：2016-02-29 07:30:00

试题原文

已知四棱锥P-ABCD．四边形ABCD是边长为1的正方形，PA⊥面ABCD．
（Ⅰ）求证：PC⊥DB．
（Ⅱ）试问：当AP的长度为多少时，二面角D-PC-A的大小为60°？

试题来源：温州一模试题题型：解答题试题难度：中档适用学段：高中考察重点：空间中直线与直线的位置关系

2、试题答案：该试题的参考答案和解析内容如下：

（方法1）以A为原点，AD所在的直线为x轴，AB所在的直线为y轴，以四边形ABCD的边长为单位长度建立空间直角坐标系．设P（0，0，h）．
（I）

PC

=(1，1，-h)，

DB

=(-1，1，0)，

PC

?

DB

=(1，1，-h)?(-1，1，0)=0，所以PC⊥DB．（4′）
（II）∵PA⊥面ABCD，∴PA⊥DB．又PC⊥DB，
∴DB⊥面CPA，所以面CPA的一个法向量是

DB

=(-1，1，0)．（6′）

DP

=(-1，0，h)，

DC

=(0，1，0)．
设面CPD的一个法向量为

h

=(x，y，1)，
则有

DP

?

h

=(-1，0，h)?(x，y，1)=-x+h=0，

DC

?

h

=(0，1，0)?(x，y，1)=y=0．所以

h

=(h，0，1)．（8′）cos?

h

，

DB

＞=

(-1，1，0)?(h，0，1)

2(h2+1)

=

-h

2(h2+1)

．（10′）
由于二面角D-PC-A的平面角与?

h

，

DB

＞相等或互补，∴

h

2(h2+1)

=cos60°=

1

2

，
∴h=1．即当AP的长度为1时，二面角D-PC-A的大小为60°（12′）
（方法2）（I）∵PA⊥面ABCD∴PC在面ABCD内的射影是AC．四边形ABCD是正方形，∴AC⊥BD，由三垂线定理得PC⊥BD．（4′）
（II）设AC、BD交于E．在面CPA内，作EF⊥CP于F，连接DF．
∵PA⊥面ABCD，∴PA⊥DB．
又PC⊥DB，∴DB⊥面CPA，EF是DF在面CPA上的射影，由三垂线定理得DF⊥CP．∠DEF就是二面角A-PD′-C的平面角（8′）．
由△CFE～△CAP，得EF=

AP?CE

CP

=

AP?

2

AP2+2

，
∴tan∠DFE=

AP

AP2+2

=

3

．
解得AP=1．即当AP的长度为1时，二面角D-PC-A的大小为60°．（12′）

魔方格

3、扩展分析：该试题重点查考的考点详细输入如下：

经过对同学们试题原文答题和答案批改分析后，可以看出该题目“已知四棱锥P-ABCD．四边形ABCD是边长为1的正方形，PA⊥面ABCD．（Ⅰ）求..”的主要目的是检查您对于考点“高中空间中直线与直线的位置关系”相关知识的理解。有关该知识点的概要说明可查看：“高中空间中直线与直线的位置关系”。

4、其他试题：看看身边同学们查询过的数学试题：