Question

如圖所示直角梯形ABCD中，∠A=90°，PA⊥面ABCD，AD||BC，AB=BC=a，AD=2a，與底面ABCD成30角．若AE⊥PD，E為垂足，PD與底面成30°角．
（1）求證：BE⊥PD；
（2）求異面直線(xiàn)AE與CD所成的角的大小．

Answer 1

【答案】分析：（1）以A為原點(diǎn)，AB，AD，AP所在直線(xiàn)為坐標(biāo)軸建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)向量數(shù)量積為零可知線(xiàn)線(xiàn)垂直，從而 面BEA，根據(jù)線(xiàn)面垂直的性質(zhì)可知PD⊥BE；
（2）先分別求出向量 ，向量 的坐標(biāo)，然后利用空間向量的夾角公式求出兩向量的夾角的余弦值，即為AE與CD所成角的余弦值；
解答：解：為了計(jì)算方便不妨設(shè)a=1．
（1）證明：根據(jù)題意可得：以A為原點(diǎn)，AB，AD，AP所在直線(xiàn)為坐標(biāo)軸建立直角坐標(biāo)系（如圖）
則
又
所以 面BEA，BE?面BEA，
∴PD⊥BE
（2）∵PA⊥面ABCD，PD與底面成30°角，
∴∠PDA=30°
過(guò)E作EF⊥AD，垂足為F，則AE=AD•sin30°=1，∠EAF=60°
，
于是
又
則
∴AE與CD所成角的余弦值為 ．
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了線(xiàn)線(xiàn)的位置關(guān)系、線(xiàn)線(xiàn)所成角，以及同時(shí)考查了利用空間向量求解立體幾何問(wèn)題，考查空間想象能力，運(yùn)算求解能力，屬于綜合題．