如图,ABCD是梯形,AB∥CD,∠BAD=90°,PA⊥面ABCD,且AB=1,AD=1,CD=2,PA=3,E为PD的中点(Ⅰ)求证:AE∥面PBC.(Ⅱ)求直线

发布时间:2020-07-31 17:52:49

如图,ABCD是梯形,AB∥CD,∠BAD=90°,PA⊥面ABCD,且AB=1,AD=1,CD=2,PA=3,E为PD的中点
(Ⅰ)求证:AE∥面PBC.
(Ⅱ)求直线AC与PB所成角的余弦值;
(Ⅲ)在面PAB内能否找一点N,使NE⊥面PAC.若存在,找出并证明;若不存在,请说明理由.

网友回答

解:(Ⅰ)取PC中点为F,连接EF,BF
又E为PD的中点,所以EF∥DC且EF=DC
所以EF∥AB,且EF=AB,所以ABFE为平行四边形(2分)
所以AE∥BF,因为AE?面PBC,所以AE∥面PBC(4分)
(Ⅱ)建立如图所示的空间直角坐标系,
则A、B、C、D、P、E的坐标分别为A(0,0,0),
B(1,0,0),C(2,1,0),D(0,1,0),
P(0,0,3),E(0,,)(5分)
从而=(2,1,0),=(1,0,-3)
设与的夹角为θ,则
cosθ==-,(7分)
∴AC与PB所成角的余弦值为(8分)
(Ⅲ)在面ABCD内过D作AC的垂线交AB于G,连PG,
设N为PG的中点,连NE,则NE∥DG,(10分)
∵DG⊥AC,DG⊥PA,∴DG⊥面PAC从而NE⊥面PAC(14分)

解析分析:(I)取PC中点为F,连接EF,BF,由已知中E为PD的中点,我们由三角形的中位线定理,可得EF∥DC且EF=DC,结合ABCD是梯形,AB∥CD,AB=1,CD=2,我们可得ABFE为平行四边形,进而AE∥BF,再由线面平行的判定定理即可得到AE∥面PBC.(Ⅱ)以A为坐标原点,以AB,AD,AP方向为X,Y,Z轴正方向建立空间坐标系,分别求出向量与的坐标,代入向量夹角公式后,易求出直线AC与PB所成角的余弦值;(Ⅲ)N为PG的中点,连NE,过D作AC的垂线交AB于G,连PG,我们易得NE∥DG,结合DG⊥AC,DG⊥PA及线面垂直的判定定理,我们可得DG⊥面PAC,再由线面垂直的第二判定定理可得NE⊥面PAC.

点评:本题考查的知识是直线与平面垂直的判定,异面直线及其所成的角,直线与平面平行的判定,熟练掌握空间直线与平面平行及垂直的判定定理,性质定理、定义,建立良好的空间想像能力是解答此类问题的关键.
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