Question

如图，PA垂直于矩形ABCD所在的平面，AD=PA=2，CD=2，E、F分别是AB、PD的中点．
（1）求证：AF∥平面PCE；
（2）求证：平面PCE⊥平面PCD；
（3）求四面体PEFC的体积．

Answer

（1）设G为PC的中点，连接FG，EG，根据中位线定理得到FGCD，AECD，进而可得到AF∥GE，再由线面平行的判定定理可证明AF∥平面PCE，得证．
（2）根据PA=AD=2可得到AF⊥PD，再由线面垂直的性质定理可得到PA⊥CD，然后由AD⊥CD结合线面垂直的判定定理得到CD⊥平面PAD，同样得到GE⊥平面PCD，再由面面垂直的判定定理可得证．
（3）先由（2）可得知EG为四面体PEFC的高，进而求出S△PCF，根据棱锥的体积公式可得到答案．
【解析】
（1）证明：设G为PC的中点，连接FG，EG，
∵F为PD的中点，E为AB的中点，
∴FGCD，AECD
∴FGAE，∴AF∥GE
∵GE⊂平面PEC，
∴AF∥平面PCE；

（2）证明：∵PA=AD=2，∴AF⊥PD
又∵PA⊥平面ABCD，CD⊂平面ABCD，
∴PA⊥CD，∵AD⊥CD，PA∩AD=A，
∴CD⊥平面PAD，
∵AF⊂平面PAD，∴AF⊥CD．
∵PD∩CD=D，∴AF⊥平面PCD，
∴GE⊥平面PCD，
∵GE⊂平面PEC，
∴平面PCE⊥平面PCD；

（3）由（2）知，GE⊥平面PCD，
所以EG为四面体PEFC的高，
又GF∥CD，所以GF⊥PD，
EG=AF=，GF=CD=，
S△PCF=PD•GF=2．
得四面体PEFC的体积V=S△PCF•EG=．