Question

已知兩個(gè)正四棱錐P-ABCD與Q-ABCD的高分別為1和2,AB=4.

(Ⅰ)證明PQ⊥平面ABCD;

(Ⅱ)求異面直線AQ與PB所成的角;

(Ⅲ)求點(diǎn)P到平面QAD的距離.

 

Answer 1

【答案】

（Ⅰ）由P－ABCD與Q－ABCD都是正四棱錐，得到PO⊥平面ABCD，QO⊥平面ABCD.

從而P、O、Q三點(diǎn)在一條直線上，所以PQ⊥平面ABCD.

（Ⅱ）.(Ⅲ) .

【解析】

試題分析：（Ⅰ）連結(jié)AC、BD，設(shè).

由P－ABCD與Q－ABCD都是正四棱錐，所以PO⊥平面ABCD，QO⊥平面ABCD.

從而P、O、Q三點(diǎn)在一條直線上，所以PQ⊥平面ABCD.

（Ⅱ）由題設(shè)知，ABCD是正方形，所以AC⊥BD.

由（Ⅰ），QO⊥平面ABCD. 故可分別以直線CA、DB、QP為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標(biāo)系（如圖），由題條件，相關(guān)各點(diǎn)的坐標(biāo)分別是P（0，0，1），A（，0，0），Q（0，0，－2），B（0，，0）.

所以

于是.

從而異面直線AQ與PB所成的角是.

(Ⅲ)由（Ⅱ），點(diǎn)D的坐標(biāo)是（0，－，0），， 

，設(shè)是平面QAD的一個(gè)法向量，由

得.

取x=1，得.

所以點(diǎn)P到平面QAD的距離.

考點(diǎn)：本題主要考查立體幾何中的垂直關(guān)系，距離及角的計(jì)算。

點(diǎn)評(píng)：典型題，立體幾何題，是高考必考內(nèi)容，往往涉及垂直關(guān)系、平行關(guān)系、角、距離的計(jì)算。在計(jì)算問題中，有“幾何法”和“向量法”。利用幾何法，要遵循“一作、二證、三計(jì)算”的步驟，利用向量則能簡(jiǎn)化證明過程。本題解法較多，特別是求角及距離時(shí)，運(yùn)用了“向量法”，實(shí)現(xiàn)了問題的有效轉(zhuǎn)化。對(duì)考生計(jì)算能力要求較高