如图,三棱锥P-ABC中,PB⊥底面ABC,AC⊥BC,PB=BC=AC,点E、F分别是PC、PA的中点.
(Ⅰ)求证:PC⊥平面BEF;
(Ⅱ)求二面角A-EB-F的大小.
网友回答
方法(一)
(Ⅰ)证明:由已知可得△PBC为等腰直角三角形,则BE⊥PC.
由PB⊥平面ABC,AC?平面ABC,则PB⊥AC.
又AC⊥BC,BC∩PB=B,
则AC⊥平面PBC,由PC?平面PBC,得AC⊥PC.
由中位线定理得,EF∥CA,于是EF⊥PC,又BE∩EF=E,
所以PC⊥平面BEF.
(Ⅱ)解:由第(Ⅰ)问,已证明AC⊥平面PBC,又BE?平面PBC,
则AC⊥BE.已证明BE⊥PC,又PC∩AC=C,则BE⊥平面PAC.
因为EF?平面PAC,AE?平面PAC,所以BE⊥EF,BE⊥AE.
由二面角的定义,得∠AEF为二面角A-EB-F的平面角.
设PB=BC=AC=2,则,,
在Rt△PAB中,PB=2,,所以,
在Rt△ACE中,AC=2,,∴,
在△AEF中,由余弦定理得,.
则二面角A-EB-F的大小为.
方法(二)
如图建立空间直角坐标系,设PB=BC=AC=2,可求出以下各点的坐标:A(2,2,0),B(0,0,0),C(2,0,0),
P(0,0,2),E(1,0,1),F(1,1,1)
(Ⅰ),,
有,,
于是PC⊥BE,PC⊥EF,又BE∩EF=E,则PC⊥平面BEF.
(Ⅱ),有,,
于是EA⊥BE,EF⊥BE,由二面角定义,向量与的夹角为所求.
∴,
所以二面角A-EB-F的大小为.
解析分析:方法一:(Ⅰ)利用线面垂直的判定定理,证明BE⊥PC,EF⊥PC,即可得到PC⊥平面BEF;
(Ⅱ)先判断∠AEF为二面角A-EB-F的平面角,再在△AEF中,利用余弦定理,可求二面角A-EB-F的大小;
方法(二):向量法,建立坐标系,用坐标表示点,用坐标表示向量
(Ⅰ)证明,从而可证PC⊥平面BEF;
(Ⅱ)先判断向量与的夹角为所求,再利用向量夹角公式,即可求得二面角A-EB-F的大小.
点评:本小题主要考查三棱锥,直线与平面的垂直,二面角的计算,考查空间想象能力、思维能力和运算能力.两法并举,既展现传统方法,又体现向量法的优点.