Question

17．如圖，已知三棱錐O-ABC的三條側(cè)棱OA，OB，OC兩兩垂直，△ABC為等邊三角形，M為△ABC內(nèi)部一點(diǎn)，點(diǎn)P在OM的延長(zhǎng)線(xiàn)上，且PA=PB．
（1）證明：OA=OB；
（2）證明：平面PAB⊥平面POC；
（3）若$PA=\sqrt{5}\;OC$，$OP=\sqrt{6}\;OC$，求二面角P-OA-B的余弦值．

Answer 1

分析 （1）利用勾股定理即可；
（2）根據(jù)題意，通過(guò)線(xiàn)面垂直的判定定理及性質(zhì)定理即可；
（3）以O(shè)A、OB、OC所在的直線(xiàn)分別為x、y、z軸建立空間直角坐標(biāo)系，則所求值即為平面POA的一個(gè)法向量與平面OAB的一個(gè)法向量的夾角的余弦值，計(jì)算即可．

解答 證明：（1）證明：∵OA，OB，OC兩兩垂直，
∴OA²+OC²=AC²，OB²+OC²=BC²，
又△ABC為等邊三角形，AC=BC，
∴OA²+OC²=OB²+OC²，
∴OA=OB；
（2）證明：∵OA，OB，OC兩兩垂直，
∴OC⊥OA，OC⊥OB，OA∩OB=O，OA、OB?平面OAB，
∴OC⊥平面OAB，
而AB?平面OAB，∴AB⊥OC，
取AB中點(diǎn)D，連結(jié)OD、PD，
由（1）知，OA=OB，∴AB⊥OD，
由已知PA=PB，∴AB⊥PD，
∴AB⊥OD，AB⊥PD，OD∩PD=D，OD、PD?平面POD，
∴AB⊥平面POD，
而PO?平面POD，∴AB⊥PO，
∴AB⊥OC，AB⊥PO，OC∩PO=O，OC、PO?平面POC，
∴AB⊥平面POC，
又AB?平面PAB，∴平面PAB⊥平面POC；
（3）如圖，以O(shè)A、OB、OC所在的直線(xiàn)分別為x、y、z軸，
建立空間直角坐標(biāo)系，由（1）同理可證OA=OB=OC，
設(shè)OA=OB=OC=1，則A（1，0，0），B（0，1，0），
C（0，0，0），$\overrightarrow{OA}$=（1，0，0），$\overrightarrow{AB}$=（-1，1，0），
設(shè)P（x，y，z），其中x＞0，y＞0，z＞0，
∴$\overrightarrow{OP}$=（x，y，z），$\overrightarrow{AP}$=（x-1，y，z），
由（2）知$\overrightarrow{OP}$⊥$\overrightarrow{AB}$，且$|\overrightarrow{PA}|=\sqrt{5}|\overrightarrow{OC}|=\sqrt{5}$，$|\overrightarrow{OP}|=\sqrt{6}|\overrightarrow{OC}|=\sqrt{6}$，
∴$\left\{\begin{array}{l}{（-1）×x+y=0}\\{{x}^{2}+{y}^{2}+{z}^{2}=6}\\{（x-1）^{2}+{y}^{2}+{z}^{2}=5}\end{array}\right.$，解得x=y=1，z=2，即$\overrightarrow{OP}$=（1，1，2），
設(shè)平面POA的法向量為$\overrightarrow{m}$=（x，y，z），又$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{OA}=0}\\{\overrightarrow{m}•\overrightarrow{OP}=0}\end{array}\right.$，
取z=1，得$\overrightarrow{m}$=（0，-2，1），
由（2）知，平面OAB的一個(gè)法向量為$\overrightarrow{n}$=（0，0，1），
記二面角P-OA-B的平面角為θ，由圖可知θ為銳角，
∴$cos＜\overrightarrow{m}，\overrightarrow{n}＞$=$\frac{|0+（-2）×0+1×1|}{1×\sqrt{5}}$=$\frac{\sqrt{5}}{5}$，
∴二面角P-OA-B的余弦值為$\frac{\sqrt{5}}{5}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查二面角，空間中面與面的位置關(guān)系，向量數(shù)量積運(yùn)算，注意解題方法的積累，建立坐標(biāo)系是解決本題的關(guān)鍵，屬于中檔題．