Question

（本小題滿分12分）

如圖，在三棱錐中，，，，，， 點(diǎn)，分別在棱上，且，

（Ⅰ）求證：平面PAC

（Ⅱ）當(dāng)為的中點(diǎn)時(shí)，求與平面所成的角的正弦值；

（Ⅲ）是否存在點(diǎn)使得二面角為直二面角？并說明理由．

 

Answer 1

【答案】

(1)要證明線面垂直，一般可以通過線線垂直來證明，也可以通過面面垂直來證明，該試題的關(guān)鍵是證明AC⊥BC （2）

(3) 存在點(diǎn)E使得二面角是直二面角

【解析】

試題分析：解：（法1）（Ⅰ）∵，，，∴PA⊥底面ABC，∴PA⊥BC.又，∴AC⊥BC.∴BC⊥平面PAC.

（Ⅱ）∵D為PB的中點(diǎn)，DE//BC，∴，

又由（Ⅰ）知，BC⊥平面PAC，∴DE⊥平面PAC，垂足為點(diǎn)E.

∴∠DAE是AD與平面PAC所成的角，∵PA⊥底面ABC，

∴PA⊥AB，又PA=AB，∴△ABP為等腰直角三角形，

∴，∴在Rt△ABC中，，∴.

∴在Rt△ADE中，，

∴與平面所成的角的大小.

（Ⅲ）∵AE//BC，又由（Ⅰ）知，BC⊥平面PAC，∴DE⊥平面PAC，

又∵AE平面PAC，PE平面PAC，∴DE⊥AE，DE⊥PE，

∴∠AEP為二面角的平面角，∵PA⊥底面ABC，

∴PA⊥AC，∴.∴在棱PC上存在一點(diǎn)E，使得AE⊥PC，

這時(shí)，故存在點(diǎn)E使得二面角是直二面角.

（法2）如圖，以A為原煤點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)，

由已知可得，，，.

（Ⅰ）∵，，∴，

∴BC⊥AP.又∵，∴BC⊥AC，∴BC⊥平面PAC.

（Ⅱ）∵D為PB的中點(diǎn)，DE//BC，∴E為PC的中點(diǎn)，

∴，，∴又由（Ⅰ）知，BC⊥平面PAC，

∴DE⊥平面PAC，垂足為點(diǎn)E.∴∠DAE是AD與平面PAC所成的角，

∵，

∴，

∴與平面所成的角的大小。

（Ⅲ）∵AE//BC，又由（Ⅰ）知，BC⊥平面PAC，∴DE⊥平面PAC，

又∵AE平面PAC，PE平面PAC，∴DE⊥AE，DE⊥PE，

∴∠AEP為二面角的平面角，∵PA⊥底面ABC，

∴PA⊥AC，∴.∴在棱PC上存在一點(diǎn)E，

使得AE⊥PC，這時(shí)，

故存在點(diǎn)E使得二面角是直二面角.

考點(diǎn)：空間中線面垂直，以及線面角和二面角的求解

點(diǎn)評：解決的關(guān)鍵是利用已知中的線線垂直來證明線面垂直，同時(shí)得到線面角的大小，結(jié)合三角形求解，同時(shí)要結(jié)合三垂線定理得到二面角的大小，屬于基礎(chǔ)題。