如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,底面ABCD为正方形,PD=DC,E、F分别是AB、PB的中点.
(1)求证:EF⊥CD;
(2)求DB与平面DEF所成角的正弦值;
(3)在平面PAD内是否存在一点G,使G在平面PCB上的射影为△PCB的外心,若存在,试确定点G的位置;若不存在,说明理由.
网友回答
解:以DA、DC、DP所在直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系(如图),设PD=DC=1
则D(0,0,0)、A(1,0,0)、B(1,1,0)、C(0,1,0)、、、P(0,0,1).
(1)∵,
∴
∴EF⊥CD
(2)设平面DEF的法向量为.
由得即
令x=1,则y=-2,z=1.
∴,又=(1,1,0)
设DB与平面DEF所成角为θ,
则sinθ=|cos<,>|=
(3)∵△PCB为直角三角形,C=90°,∴G在平面PCB上的射影为△PCB的外心即为PB中点F,
G在平面PCB上的射影为△PCB的外心即GF⊥平面PCB
设G(m,0,n),则G∈平面PAD.
∴.又=(1,0,0),=(0,-1,1)
由,得.由,得n=0.
∴G点坐标为,
即G为AD中点时,GF⊥平面PCB
∴存在一点G为AD中点时,使G在平面PCB上的射影为△PCB的外心
解析分析:先以DA、DC、DP所在直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,设出相关点的坐标,(1)写出直线EF的方向向量和CD的方向向量,求两个向量的数量积,由数量积为0,即可证明两直线垂直;(2)先求平面DEF的法向量,再求斜线DB的方向向量,最后求这两个向量的夹角的余弦值,此值的绝对值即为所求线面角的正弦值;(3)先证明点F即为△PCB的外心,从而将问题转化为在平面PAD内是否存在一点G,使GF⊥平面PCB,设G(m,0,n),利用线面垂直的定义,列方程即可解得m、n的值,从而判断G的位置
点评:本题主要考查了线面垂直的判定和性质,直线与平面所成角的求法,空间直角坐标系和空间向量在解决立体几何问题中的应用,有一定的难度