Question

如图，在四棱锥P-ABCD中，PD⊥平面ABCD，四边形ABCD是菱形，AC=6，BD=8，E是PB上任意一点，△AEC面积的最小值是3．
（Ⅰ）求证：AC⊥DE；
（Ⅱ）求四棱锥P-ABCD的体积．

Answer

（I）连接BD，设AC与BD相交于点F．由已知中在四棱锥P-ABCD中，PD⊥平面ABCD，四边形ABCD是菱形，我们易得AC⊥BD，PD⊥AC，由线面垂直的判定定理可以得AC⊥平面PDB，再由线面垂直的性质定理，即可得到AC⊥DE；
（Ⅱ）连接EF，由（Ⅰ）的结论可知AC⊥平面PDB，EF⊂平面PBD，所以AC⊥EF，结合已知中AC=6，BD=8，E是PB上任意一点，△AEC面积的最小值是3．我们可以求出EF，FB，PD的值，将PD值，及底面四边形ABCD的面积求出后，代入棱锥体积公式，即可得到答案．
【解析】
（Ⅰ）证明：连接BD，设AC与BD相交于点F．
因为四边形ABCD是菱形，所以AC⊥BD．
又因为PD⊥平面ABCD，AC⊂平面ABCD，所以PD⊥AC．
而AC∩BD=F，所以AC⊥平面PDB．
E为PB上任意一点，DE⊂平面PBD，所以AC⊥DE．
（Ⅱ）连EF．由（Ⅰ），知AC⊥平面PDB，EF⊂平面PBD，所以AC⊥EF．
S△ACE=AC•EF，在△ACE面积最小时，EF最小，则EF⊥PB．
S△ACE=×6×EF=3，解得EF=1．
由△PDB∽△FEB，得PD：EF=BP：FB．
由于EF=1，FB=4，PB=，所以PB=4PD，即=4PD．
解得PD=．
VP-ABCD=S□ABCD•PD=×24×=．