四棱锥P-ABCD中PA⊥底面ABCD,AB‖CD,AD=CD=1,∠BAD=120°,PA=根号3,∠ACB=90°BC⊥平面PAC,求二面角D-PC-A的正切值
问题描述:
四棱锥P-ABCD中PA⊥底面ABCD,AB‖CD,AD=CD=1,∠BAD=120°,PA=根号3,∠ACB=90°BC⊥平面PAC,求二面角D-PC-A的正切值
答
首先观察底面图形,AB‖CD,AD=CD=1,∠BAD=120°,
则〈ADC=60度,△ADC是正△,
AC=1,
∠ACB=90°,〈CAB=120度-60度=60度,〈B=30度,
AB=2AC=2,BC=√3,
PA⊥底面ABCD,故PA垂直平面ABCD上的直线,
三角形PAB是直角三角形,根据勾股定理,PB=√7,
三角形PCB是直角三角形PC=2,
三角形PAD是直角三角形,PD=2,
PA⊥平面ABCD,PA∈平面PAC,
故平面PAC⊥平面ABCD,
取AC的中点E,连结DE、PE,则DE⊥AC,
则DE⊥平面PAC,(两个平面相垂直,若一个平面内直线垂直交线,必垂直另一个平面),
△PEC是△PDC在平面APC上的投影,
S△PEC=S△PAC/2=(PA*AC/2)/2=√3*1/2/2=√3/4,
PD=PC=2,△PDC是等腰△,作PF⊥DC,DF=1/2,PF=√(PD^2-DF^2)=√15/2,
S△PDC=CD*PF/2=1*√15/2/2=√15/4,
设D-PC-A二面角的平面角为θ,
则S△PCD*cosθ=S△PCE,
(√15/4)*cosθ=√3/4,
cosθ=1/√5,
sinθ=√[1-(cosθ)^2]=2/√5
tanθ=sinθ/cosθ=2.
∴ 二面角D-PC-A的正切值为2.