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提问 

解答题如图,在四棱锥P-ABCD中,平面PAC⊥平面ABCD,且PA⊥AC,PA=AD


时间: 2015-4-10 分类: 作业习题  【来自ip: 15.168.179.165 的 热心网友 咨询】 手机版
 问题补充 解答题 如图,在四棱锥P-ABCD中,平面PAC⊥平面ABCD,且PA⊥AC,PA=AD=2.四边形ABCD满足BC∥AD,AB⊥AD,AB=BC=1.点E,F分别为侧棱PB,PC上的点,且数学公式
(Ⅰ)求证:EF∥平面PAD;
(Ⅱ)当数学公式时,求异面直线BF与CD所成角的余弦值;
(Ⅲ)是否存在实数λ,使得平面AFD⊥平面PCD?若存在,试求出λ的值;若不存在,请说明理由.

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1楼
证明:(Ⅰ)由已知,数学公式=数学公式=λ,
所以EF∥BC.
因为BC∥AD,所以EF∥AD.
而EF?平面PAD,AD?平面PAD,
所以EF∥平面PAD.??????????…(4分)
(Ⅱ)因为平面ABCD⊥平面PAC,
平面ABCD∩平面PAC=AC,且PA⊥AC,
所以PA⊥平面ABCD.
所以PA⊥AB,PA⊥AD.
又因为AB⊥AD,
所以PA,AB,AD两两垂直.??????…(5分)
如图所示,建立空间直角坐标系,
因为AB=BC=1,PA=AD=2,
所以A(0,0,0),B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,2,0),P(0,0,2).
当λ=数学公式时,F为PC中点,
所以F(数学公式数学公式,1),
所以数学公式=(-数学公式数学公式,1),数学公式=(-1,1,0).
设异面直线BF与CD所成的角为θ,
所以cosθ=|cos<数学公式数学公式>|=数学公式=数学公式
所以异面直线BF与CD所成角的余弦值为数学公式.…(9分)
(Ⅲ)设F(x0,y0,z0),则数学公式=(x0,y0,z0-2),数学公式=(1,1,-2).
由已知数学公式数学公式,所以(x0,y0,z0-2)=λ(1,1,-2),
所以数学公式
数学公式=(λ,λ,2-2λ).
设平面AFD的一个法向量为n1=(x1,y1,z1),因为数学公式=(0,2,0),
所以数学公式数学公式
令z1=λ,得n1=(2λ-2,0,λ).
设平面PCD的一个法向量为n2=(x2,y2,z2),
因为数学公式=(0,2,-2),数学公式=(-1,1,0),
所以数学公式数学公式
令x2=1,则n2=(1,1,1).
若平面AFD⊥平面PCD,则n1?n2=0,所以(2λ-2)+λ=0,解得数学公式
所以当λ=数学公式时,平面AFD⊥平面PCD.…(14分)解析分析:(Ⅰ)由数学公式=数学公式=λ可知,EF∥BC,依题意,可求得EF∥AD,再利用线面平行的判断定理即可证得结论;(Ⅱ)可证得PA,AB,AD两两垂直,以之为轴建立空间直角坐标系,可求得数学公式数学公式的坐标,利用向量的数量积即可求得异面直线BF与CD所成角的余弦值;(Ⅲ)设F(x0,y0,z0),则数学公式=(x0,y0,z0-2),数学公式=(1,1,-2),由数学公式数学公式,可求得F(λ,λ,2-2λ),再设出平面AFD的一个法向量为n1=(x1,y1,z1),平面PCD的一个法向量为n2=(x2,y2,z2),可求得这两个法向量的坐标,利用n1?n2=0,即可求得λ的值.点评:本题考查直线与平面的平行,考查异面直线所成的角,考查面面垂直,突出考查空间直角坐标系在证明与计算中的应用.属于中档题.
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