Question

【題目】如圖已知四棱錐P﹣ABCD的底面ABCD是邊長(zhǎng)為2的正方形，PD⊥底面ABCD，E，F(xiàn)分別為棱BC，AD的中點(diǎn)．

（1）若PD=1，求異面直線(xiàn)PB和DE所成角的余弦值．
（2）若二面角P﹣BF﹣C的余弦值為 ，求四棱錐P﹣ABCD的體積．

Answer 1

【答案】
（1）證明：E，F(xiàn)分別為棱BC，AD的中點(diǎn)，ABCD是邊長(zhǎng)為2的正方形

∴DF∥BE且DF=BE

∴DFBE為平行四邊形

∴DE∥BF

∴∠PBF是PB與DE的所成角

△PBF中，BF= ，PF=， ，PB=3，

∴cos∠PBF= ，

∴異面直線(xiàn)PB和DE所成角的余弦值為 ；

（2）解：如圖，以D為原點(diǎn)，射線(xiàn)DA，DC，DP分別為x，y，z軸建立空間直角坐標(biāo)系．設(shè)PD=a，

可得如下點(diǎn)的坐標(biāo)：

P（0，0，a），F(xiàn)（1，0，0），B（2，2，0）

則有： =（1，0，﹣a）， =（1，2，0）

因?yàn)镻D⊥底面ABCD，所以平面ABCD的一個(gè)法向量為 =（0，0，1）

設(shè)平面PFB的一個(gè)法向量為 =（x，y，z），則可得 ，令x=1，得z= ，y=﹣ ，

所以 =（1，﹣ ， ）

由已知，二面角P﹣BF﹣C的余弦值為 ，所以得 = ，解得a=2．

因?yàn)镻D是四棱錐P﹣ABCD的高，

所以其體積為VP﹣ABCD= ×2×4= ．

【解析】（1）根據(jù)一對(duì)對(duì)邊平行且相等，得到一個(gè)四邊形是平行四邊形，根據(jù)平行四邊形對(duì)邊平行，把兩條異面直線(xiàn)所成的角表示出來(lái)，放到△PBF中，利用余弦定理求出角的余弦值．（2）以D為原點(diǎn)，射線(xiàn)DA，DC，DP分別為x，y，z軸建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)出線(xiàn)段的長(zhǎng)，根據(jù)條件中所給的兩個(gè)平面的二面角的值，求出設(shè)出的a的值，再求出四棱錐的體積．
【考點(diǎn)精析】本題主要考查了異面直線(xiàn)及其所成的角的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，需要掌握異面直線(xiàn)所成角的求法：1、平移法：在異面直線(xiàn)中的一條直線(xiàn)中選擇一特殊點(diǎn)，作另一條的平行線(xiàn)；2、補(bǔ)形法：把空間圖形補(bǔ)成熟悉的或完整的幾何體，如正方體、平行六面體、長(zhǎng)方體等，其目的在于容易發(fā)現(xiàn)兩條異面直線(xiàn)間的關(guān)系才能正確解答此題．