如图1,在直角梯形ABCD中,AB∥CD,∠A=90°,AB=2,CD=6,AD=3,E为CD上一点,且DE=4,过E作EF∥AD交BC于F现将△CEF沿EF折起到△

发布时间:2020-07-31 18:41:55

如图1,在直角梯形ABCD中,AB∥CD,∠A=90°,AB=2,CD=6,AD=3,E为CD上一点,且DE=4,过E作EF∥AD交BC于F现将△CEF沿EF折起到△PEF,使∠PED=60°,如图2.
(I)求证:PE⊥平面ADP;(II)求异面直线BD与PF所成角的余弦值;
(III)在线段PF上是否存在一点M,使DM与平在ADP所成的角为30°?若存在,确定点M的位置;若不存在,请说明理由.

网友回答

解:(1)解法一:∵DE=4,PE=2,∠PED=60°,由弦定理得PD=2,
∵PD2+PE2=16=DE2,∴PE⊥PD.∵EF⊥PE,EF⊥DE∴,EF⊥平面PDE,又∵EF∥AD,∴AD⊥平面PDE,∴AD⊥PE,又∵直线AD,PD在平面APD内,且相交于D,∴PE⊥平面APD.
解法二:EF⊥PE,EF⊥DE∴,EF⊥平面PDE∴平面DEF⊥平面PDE
以DA所在的直线为 x轴,以DE所在的直线为y轴,在平面DPE内过D作DE的垂线,以垂线所在直线为z轴,建立空间直角坐标系,如图
则D(0,0,0),A(3,0,0),P(0,3,),E(0,4,0)
∴=(3,0,0),=(0,3,),=(0,-1,).∵?=0,?=0,∴⊥,⊥∴DA⊥EP,DP⊥EP,∵DA,DP是平面ADP内的相交直线,∴PE⊥平面APD.
(II)由(I)知AD⊥平面PDE,∴平面ADE⊥平面PDE
以DA所在的直线为 x轴,以DE所在的直线为y轴,在平面DPE内过D作DE的垂线,以垂线所在直线为z轴,建立空间直角坐标系,如图
则D(0,0,0),A(3,0,0),P(0,3,),E(0,4,0),F(,4,0),B(3,2,0),∴=(3,2,0),=(,1,-)
∴=
设BD与PF所成的角为θ,则θ=,∴
(III)由(II)知=(0,-1,).=(,1,-)
∵PE⊥平面ADP,∴平面ADP的法向量为==(0,-1,).
设M是线段PF上一点,则存在0≤λ≤1,
使∴═(0,3,)+λ(,1,-)=(,λ+3,)
.==,如果直线DM与平面ADC所成的角为30°,
那么||=sin30°,即=解得
∵此方程在[0,1]内无解,
∴在在线段PF上不存在一点M,使DM与平在ADP所成的角为30°.
解析分析:(I)由题设条件及图形知,本题可采用两种方法求解,法一,证明AD⊥PE,PE⊥PD,再利用线面垂直的判定定理证明即可;法二,用向量法,建立如图的坐标系,根据题设条件写出各点的坐标,易得直线PE的方向向量与面内两直线AD,PD的方向向量,用数量积证明即可;(II)本题用向量法比较方便,借助(I)中的坐标系,易得两异面直线的方向向量,用数量积求两异面直线的夹角的余弦值或其补角的余弦值;(III)先假定存在,设出点M的坐标,由线面垂直的条件寻求满足题意的条件,根据DM与平在ADP所成的角为30°,建立方程求参数,为了解答本题,需要求出平面的法向量与直线DM的方向向量.然后利用相关规则求夹角的余弦,令其值等于sin30°,建立方程求参数,若能求出符合条件的参数,则说明存在,否则,说明不存在.

点评:本题考查用向量法证明线面垂直,求两异面直线所成的角,验证是否存在一点M使得DM与平在ADP所成的角为30°的问题,用向量法解决此类问题大大降低了解题难度,是解此类题的一个优先扶把思路.
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