三棱锥P-ABC中,∠APB=∠BPC=∠CPA=90°,D为底面ABC内一点,∠APD=45°,∠BPD=60°,求∠CPD余弦。

三棱锥P-ABC中,∠APB=∠BPC=∠CPA=90°,D为底面ABC内一点,∠APD=45°,∠BPD=60°,求∠CPD余弦。
请写出一步一步进行的解答过程,对于大家的帮助,我深表感谢!

如图,在线段 PD 上取点 H ,过 H 作平面 α ,使 PH丄α ,

设 α 与 PA、PB、PC 分别交于 E、F、G ,连接 EF、FG、GE,

延长 GH 交 EF 于 M ,连接 PM ,

易证 H 为三角形 EFG 的垂心,GM丄EF,

设 PH = x ,容易求得 PF = 2x,PE = √2x ,因此 EF=√6x ,

所以 PM = PE*PF/EF = 2√3/3*x ,

那么 sin∠PMH = PH/PM = √3/2 ,所以 ∠PMH = 60°,

而 ∠CPD = ∠GPH =∠PMH = 60°,

所以 cos∠CPD  = 1/2 。

追问

您好,尊敬的西域牛仔王,请问怎么证明H 为三角形 EFG 的垂心呢?虽然我的这个问题很幼稚,但是还是请您有空闲的时候帮助我解答一下好么?

追答

P 处的三个角均为直角,因此 PC丄PA,PC丄PB,因此 PC丄平面PAB,
所以 EF丄PC,由于 PH丄平面EFG,因此由三垂线逆定理知 EF丄HG ,
(同理可证其它,因此 H 为垂心。不过用不着,可以不理会。本题只须 EF丄MG )
所以 PM丄EF 。(下面就可以计算了)

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第1个回答  2015-06-07

同学你好,很高兴为您解答!


  在线段 PD 上取点 H ,过 H 作平面 α ,使 PH丄α ,

  设 α 与 PA、PB、PC 分别交于 E、F、G ,连接 EF、FG、GE,

  延长 GH 交 EF 于 M ,连接 PM ,

  易证 H 为三角形 EFG 的垂心,GM丄EF,

  设 PH = x ,容易求得 PF = 2x,PE = √2x ,因此 EF=√6x ,

  所以 PM = PE*PF/EF = 2√3/3*x ,

  那么 sin∠PMH = PH/PM = √3/2 ,所以 ∠PMH = 60°,

  而 ∠CPD = ∠GPH =∠PMH = 60°,

  所以 cos∠CPD  = 1/2 。


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第2个回答  2022-11-12
显然,(cos∠APD)^2+cos(∠BPD)^2+cos(∠CPD)^2=1(1)。因此cos∠CPD=1/2。
式(1)的证明可以建立坐标系由解析几何的方法获得。
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