如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为2的正方形-查字典问答网
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  如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为2的正方形,PD⊥底面ABCD,PD=DC,点E是PC的中点,点F在PB上,EF⊥PB.(I)求证:PA∥平面BDE;(II)求证:PB⊥平面DEF;(III)求二面角C-PB-D的大小.____

  如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为2的正方形,PD⊥底面ABCD,PD=DC,点E是PC的中点,点F在PB上,EF⊥PB.

  (I)求证:PA∥平面BDE;

  (II)求证:PB⊥平面DEF;

  (III)求二面角C-PB-D的大小.

  ____

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2020-06-13 22:43
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富巍

  【分析】(I)以点D为坐标原点,DA、DC、DP所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系,连接AC,AC交BD于点G,连接EG.分别求出PA,EG的方向向量,易判断PA与EG平行,进而由线面平行的判定定理得到答案.

  (II)分别求出DE与PB的方向向量,由它们的数量积为0,易得DE⊥PB,再由EF⊥PB结合线面垂直的判定定理即可得到答案.

  (III)由(II)中结论,可得PB⊥FD.结合EF⊥PB,由二面的定义可得∠EFD就是二面角C-PB-D的平面角,设点F的坐标为(x,y,z),由PF∥PB,DF⊥PB,构造方程求出点F的坐标,进而求出FD,FE的方向向量,代入向量夹角公式,即可求出二面角C-PB-D的平面角的大小.

  如图,以点D为坐标原点,DA、DC、DP所在直线分别为x轴、y轴、z轴,

  建立空间直角坐标系,得以下各点坐标:D(0,0,0),A(2,0,0),B(2,2,0),

  C(0,2,0),P(0,0,2)

  (I)证明:连接AC,AC交BD于点G,连接EG.

  ∵底面ABCD是正方形,

  ∴G为AC的中点,

  ∴G点坐标为(1,1,0).

  又E为PC的中点,

  ∴E点坐标为(0,1,1),

  ∴=(2,0,-2),=(1,0,-1),

  ∴=2,

  ∴PA∥EG.

  ∵EG⊂平面EDB,PA⊄平面EDB,

  ∴PA∥平面EDB;

  (II)证明:=(2,2,-2),=(0,1,1)

  ∴•=0,

  ∴PB⊥DE.

  又∵DE⊥PB,EF⊥PB,DE∩EF=E,

  ∴PB⊥平面EFD;

  (III)∵PB⊥平面EFD,

  ∴PB⊥FD.

  又∵EF⊥PB,FD∩EF=F,

  ∴∠EFD就是二面角C-PB-D的平面角.

  设点F的坐标为(x,y,z),则=(x,y,z-2),=(x,y,z)

  ∵PF∥PB,DF⊥PB,

  ∴=k,•=0,

  ∴x=y=(-z-2)=2k,x+y-z=0,

  解得:k=,x=y=,z=,

  ∴点F的坐标为(,,),

  ∴=(-,-,-),=(-,,-)

  ∴cos∠EFD==

  ∴∠EFD=60°.

  故所求二面角C-PB-D的大小为60°.

  【点评】本题考查的知识点是用空间向量求平面间的夹角,直线与平面平行的判定,直线与平面垂直的判定,二面角的平面角及求法,其中几何法的关键是熟练掌握空间直线与平面位置关系的定义、判定、性质及几何特征,建立良好的空间想像能力,几何法的关键是建立适当的空间坐标系,将空间线面关系及线面夹角问题转化为向量夹角问题.

2020-06-13 22:45:41

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