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如图所示,PQ为平面α、β的交线,已知二面角α-PQ-β为直二面角,A∈PQ,B...

如图所示,PQ为平面α、β的交线,已知二面角α-PQ-β为直二面角,A∈PQ,B∈α,C∈β,CA=CB=kAB(k∈R*),∠BAP=45°.
(1)证明:BC⊥PQ;
(2)设点C在平面α内的射影为点O,当k取何值时,O在平面ABC内的射影G恰好为△ABC的重心?
(3)当manfen5.com 满分网时,求二面角B-AC-P的大小.

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(1)在平面β内过点C作CE⊥PQ于点E,由题知点E与点A不重合,连接EB.看出点C在平面α内的射影为点E,根据线与线垂直得到线与面垂直,得到结论. (2)由(1)知,O点即为E点,设点F是O在平面ABC内的射影,连  接BF并延长交AC于点D,由题意可知,若F是△ABC的重心,则点D为AC的中点,根据三垂线定理得到线与线垂直,得到结论. (3)以O为原点,以OB、OA、OC所在的直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系O-xyz,设出线段的长度,表示出要用的点的坐标,做出两个平面的法向量,根据向量之间的角度来求面与面的夹角. 【解析】 (1)在平面β内过点C作CE⊥PQ于点E,由题知点E与点A不重合,连接EB. ∵α⊥β,α∩β=PQ,∴CE⊥α,即点C在平面α内的射影为点E, 又∵CA=CB,∴EA=EB.∵∠BAE=45°,∴∠ABE=45°,∠AEB=90°,故BE⊥PQ,又∵CE⊥PQ,∴PQ⊥平面EBC,∵BC⊂平面EBC,故BC⊥PQ. (2)由(1)知,O点即为E点,设点F是O在平面ABC内的射影,连  接BF并延长交AC于点D,由题意可知,若F是△ABC的重心,则点D为AC的中点. ∵BO⊥PQ,平面角α-PQ-β为直二面角, ∴BO⊥β,∴OB⊥AC,由三垂线定理可知AC⊥BF,即AC⊥BD,∴AB=BC=AC,即k=1;反之,当k=1时,三棱锥O-ABC为正三棱锥,此时,点O在平面ABC内的射影恰好为△ABC的重心. (3)由(2)知,可以O为原点,以OB、OA、OC所在的直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系O-xyz(如图所示) 不妨设,在Rt△OAB中,∠ABO=∠BAO=45°,所以BO=AO=,由CA=CB=kAB且得,AC=2,∴OC=1,则. 所以 设n1(x,y,z)是平面ABC的一个法向量,由得 取x=1,得 易知n2=(1,0,0)是平面β的一个法向量, 设二面角B-AC-P的平面角为θ,所以,由图可知, 二面角B-AC-P的大小为.
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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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