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如图,在底面是菱形的四棱锥P-ABCD中,∠ABC=60°,PA=AC=a,PB...

manfen5.com 满分网如图,在底面是菱形的四棱锥P-ABCD中,∠ABC=60°,PA=AC=a,PB=PD=manfen5.com 满分网,点E在PD上,且PE:ED=2:1.
(I)证明PA⊥平面ABCD;
(II)求以AC为棱,EAC与DAC为面的二面角θ的大小;
(Ⅲ)在棱PC上是否存在一点F,使BF∥平面AEC?证明你的结论.
(I)证明PA⊥AB,PA⊥AD,AB、AD是平面ABCD内的两条相交直线,即可证明PA⊥平面ABCD; (II)求以AC为棱,作EG∥PA交AD于G,作GH⊥AC于H,连接EH,说明∠EHG即为二面角θ的平面角,解三角形求EAC与DAC为面的二面角θ的大小; (Ⅲ)证法一F是棱PC的中点,连接BM、BD,设BD∩AC=O,利用平面BFM∥平面AEC,证明使BF∥平面AEC. 证法二建立空间直角坐标系,求出、、共面,BF⊄平面AEC,所以当F是棱PC的中点时,BF∥平面AEC. 还可以通过向量表示,和转化得到、、是共面向量,BF⊄平面ABC,从而BF∥平面AEC. 【解析】 (Ⅰ)证明因为底面ABCD是菱形,∠ABC=60°, 所以AB=AD=AC=a,在△PAB中, 由PA2+AB2=2a2=PB2知PA⊥AB. 同理,PA⊥AD,所以PA⊥平面ABCD. (Ⅱ)【解析】 作EG∥PA交AD于G, 由PA⊥平面ABCD. 知EG⊥平面ABCD.作GH⊥AC于H,连接EH, 则EH⊥AC,∠EHG即为二面角θ的平面角. 又PE:ED=2:1,所以. 从而,θ=30°. (Ⅲ)解法一以A为坐标原点,直线AD、AP分别为y轴、z轴, 过A点垂直平面PAD的直线为x轴,建立空间直角坐标系如图. 由题设条件,相关各点的坐标分别为.. 所以... 设点F是棱PC上的点,,其中0<λ<1, 则=. 令得即 解得.即时,. 亦即,F是PC的中点时,、、共面. 又BF⊄平面AEC,所以当F是棱PC的中点时,BF∥平面AEC. 解法二:当F是棱PC的中点时,BF∥平面AEC,证明如下, 证法一:取PE的中点M,连接FM,则FM∥CE.① 由,知E是MD的中点. 连接BM、BD,设BD∩AC=O,则O为BD的中点. 所以BM∥OE.② 由①、②知,平面BFM∥平面AEC. 又BF⊂平面BFM,所以BF∥平面AEC. 证法二: 因为==. 所以、、共面. 又BF⊄平面ABC,从而BF∥平面AEC.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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