Question

已知四棱錐P-ABCD的底面ABCD是邊長為1的正方形,PD⊥底面ABCD,PD="AD."

(Ⅰ)求證：BC∥平面PAD；
(Ⅱ)若E、F分別為PB,AD的中點,求證：EF⊥BC；
(Ⅲ)求二面角C-PA-D的余弦值.

Answer 1

(Ⅰ)見解析; (Ⅱ) 見解析；(Ⅲ).

試題分析：（Ⅰ）證明BC∥AD，利用線面平行的判定，證明BC∥平面PAD；
（Ⅱ）利用線面垂直的判定證明BC⊥面EFG，即可證明EF⊥BC；
（Ⅲ）設PA的中點為N，連結(jié)DN，NC，證明∠CND是所求二面角的平面角，從而可求二面角C-PA-D的余弦值．
試題解析：（Ⅰ）證明：因為ABCD是正方形，所以BC∥AD．
因為AD?平面PAD，BC平面PAD，
所以BC∥平面PAD．…（4分）
（Ⅱ）證明：因為PD⊥底面ABCD，且ABCD是正方形，所以PC⊥BC．
設BC的中點為G，連結(jié)EG，F(xiàn)G，則EG∥PC，F(xiàn)G∥DC．
所以BC⊥EG，BC⊥FG．…（6分）
因為EG∩FG=G，所以BC⊥面EFG．
因為EF?面EFG，所以EF⊥BC．…（8分）
（Ⅲ）解：設PA的中點為N，連結(jié)DN，NC，

因為PD=AD，N為中點，所以DN⊥PA．
又△PAC中，PC=AC，N為中點，所以NC⊥PA．
所以∠CND是所求二面角的平面角．…（10分）
依條件，有CD⊥PD，CD⊥AD，
因為PD∩AD=D，所以CD⊥面PAD．
因為DN?面PAD，所以CD⊥DN．
在Rt△CND中，DN=,NC=.于是Cos∠CND=．…（13分）