分析 由已知可得PD⊥DA,PD⊥DC,AD⊥DC,分別以DA、DC、DP所在直線為x、y、z軸建立空間直角坐標系.
(1)BC=$2\sqrt{2}a$,求出所用點的坐標,得到$\overrightarrow{PA}、\overrightarrow{AB}$的坐標,進一步求出平面PAB的一個法向量,由$\overrightarrow{DC}$與平面法向量所成角的余弦值求得線面角的正弦值,進一步求得直線CD與平面PAB所成角的大。
(2)設(shè)AD=t,求出平面PAB、PBC的一個法向量,結(jié)合二面角A-PB-C的大小為$\frac{π}{3}$列式求得AD長.
解答 解:∵PD⊥平面ABCD,∴PD⊥DA,PD⊥DC,
又AD⊥DC,分別以DA、DC、DP所在直線為x、y、z軸建立空間直角坐標系.
(1)∵AD∥BC,PD:DC:BC=1:1:$\sqrt{2}$,AD=$\frac{1}{2}$BC,設(shè)BC=$2\sqrt{2}a$,
則D(0,0,0),A($\sqrt{2}a$,0,0),C(0,2a,0),P(0,0,2a),B($2\sqrt{2}a$,2a,0),
$\overrightarrow{DC}=(0,2a,0)$,
$\overrightarrow{PA}=(\sqrt{2}a,0,-2a)$,$\overrightarrow{AB}=(\sqrt{2}a,2a,0)$.
設(shè)平面PAB的一個法向量為$\overrightarrow{m}=(x,y,z)$,
由$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{PA}=\sqrt{2}ax-2az=0}\\{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{AB}=\sqrt{2}ax+2ay=0}\end{array}\right.$,取z=1,得x=$\sqrt{2}$,y=-1.
∴$\overrightarrow{m}=(\sqrt{2},-1,1)$,
設(shè)直線CD與平面PAB所成角的大小為θ,則sinθ=|cos<$\overrightarrow{m},\overrightarrow{DC}$>|=|$\frac{-2a}{\sqrt{4{a}^{2}}•\sqrt{(\sqrt{2})^{2}+(-1)^{2}+{1}^{2}}}$|=$\frac{1}{2}$.
∴$θ=\frac{π}{6}$;
(2)由PD=a,得DC=a,BC=$\sqrt{2}a$,設(shè)AD=t,
則D(0,0,0),A(t,0,0),P(0,0,a),C(0,a,0),B($\sqrt{2}a$,a,0).
$\overrightarrow{PA}=(t,0,-a)$,$\overrightarrow{PB}=(\sqrt{2}a,a,-a)$,$\overrightarrow{PC}=(0,a,-a)$.
設(shè)平面PAB的一個法向量為$\overrightarrow{{n}_{1}}=(x,y,z)$,則$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{{n}_{1}}•\overrightarrow{PA}=tx-az=0}\\{\overrightarrow{{n}_{1}}•\overrightarrow{PB}=\sqrt{2}ax+ay-az=0}\end{array}\right.$,
取x=1,得z=$\frac{t}{a}$,y=$\frac{t}{a}-\sqrt{2}$,則$\overrightarrow{{n}_{1}}=(1,\frac{t}{a}-\sqrt{2},\frac{t}{a})$;
設(shè)向量PBC的一個法向量為$\overrightarrow{{n}_{2}}=(x,y,z)$,則$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{{n}_{2}}•\overrightarrow{PB}=\sqrt{2}ax+ay-az=0}\\{\overrightarrow{{n}_{2}}•\overrightarrow{PC}=ay-az=0}\end{array}\right.$,
取z=1,得y=1,x=0,則$\overrightarrow{{n}_{2}}=(0,1,1)$.
∵二面角A-PB-C的大小為$\frac{π}{3}$,
∴cos$\frac{2π}{3}$=$\frac{\overrightarrow{{n}_{1}}•\overrightarrow{{n}_{2}}}{|\overrightarrow{{n}_{1}}||\overrightarrow{{n}_{2}}|}=\frac{\frac{2t}{a}-\sqrt{2}}{\sqrt{1+(\frac{t}{a}-\sqrt{2})^{2}+(\frac{t}{a})^{2}}•\sqrt{2}}$=$-\frac{1}{2}$,解得:t=$\frac{3+2\sqrt{3}}{6}a$.
∴AD長為$\frac{3+2\sqrt{3}}{6}a$.
點評 本題考查利用空間向量求解線面角與面面角,考查計算能力,是中檔題.
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A. | $ρ=2sin(θ-\frac{π}{4})$ | B. | $ρ=2cos(θ-\frac{π}{4})$ | C. | $ρcos(θ-\frac{π}{4})=2$ | D. | $ρsin(θ-\frac{π}{4})=2$ |
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