解答题如图,四边形ABCD是正方形,EA⊥平面ABCD,EA∥PD,AD=PD=2EA

发布时间:2020-07-09 08:16:08

解答题如图,四边形ABCD是正方形,EA⊥平面ABCD,EA∥PD,AD=PD=2EA=2,F,G,H分别为PB,EB,PC的中点.
(Ⅰ)求证:FG∥平面PED;
(Ⅱ)求平面FGH与平面PBC所成锐二面角的大小;
(Ⅲ)在线段PC上是否存在一点M,使直线FM与直线PA所成的角为60°?若存在,求出线段PM的长;若不存在,请说明理由.

网友回答

(Ⅰ)证明:因为F,G分别为PB,BE的中点,所以FG∥PE.
又FG?平面PED,PE?平面PED,所以FG∥平面PED.
(Ⅱ)解:因为EA⊥平面ABCD,所以PD⊥平面ABCD,所以PD⊥AD,PD⊥CD.
又因为四边形ABCD是正方形,所以AD⊥CD.
如图建立空间直角坐标系,

因为AD=PD=2EA,所以D(0,0,0),P(0,0,2),A(2,0,0),
C(0,2,0),B(2,2,0),E(2,0,1).
因为F,G,H分别为PB,EB,PC的中点,所以F(1,1,1),G(2,1,),H(0,1,1).
所以,,
设为平面FGH的一个法向量,则,即,
再令y1=1,得.

设为平面PBC的一个法向量,则,即,
令z2=1,得.
所以=.
所以平面FGH与平面PBC所成锐二面角的大小为.
(Ⅲ)在线段PC上存在点M,使直线FM与直线PC所成角为60°
证明:假设在线段PC上存在点M,使直线FM与直线PC所成角为60°.
依题意可设,其中0≤λ≤1.
由,则.
又因为,
所以.
又直线FM与直线PA成60°角,,
所以,即,解得:.
所以,.
所以,在线段PC上存在点M,使直线FM与直线PC所成角为60°,此时PM的长为.解析分析:(Ⅰ)由三角形的中位线定理得到线线平行,然后直接利用线面平行的判定定理得到线面平行;(Ⅱ)建立空间直角坐标系,根据两个平面的法向量所成的角与二面角相等或互补,由两个平面法向量所成的角求解二面角的大小;(Ⅲ)假设存在点M,由共线向量基本定理得到M点的坐标,其中含有一个未知量,然后利用直线FM与直线PA所成的角为60°转化为两向量所成的角为60°,由两向量的夹角公式求出M点的坐标,得到的M点的坐标符合题意,说明假设成立,最后得到结论.点评:本题考查了线面平行的判定,考查了线线角和面面角,训练了利用平面法向量求解二面角的大小,解答此类问题的关键是正确建系,准确求用到的点的坐标,此题是中档题.
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