Question

【題目】如圖，在三棱錐P﹣ABC中，平面PAB⊥平面ABC，AP⊥BP，AC⊥BC，∠PAB=60°，∠ABC=45°，D是AB中點(diǎn)，E，F(xiàn)分別為PD，PC的中點(diǎn)．
（Ⅰ）求證：AE⊥平面PCD；
（Ⅱ）求二面角B﹣PA﹣C的余弦值；
（Ⅲ）在棱PB上是否存在點(diǎn)M，使得CM∥平面AEF？若存在，求 的值；若不存在，說明理由．

Answer 1

【答案】（Ⅰ）證明：∵AP⊥BP，D是AB中點(diǎn)，
∴PD=AD，
又∠PAB=60°，∴△PAD是等邊三角形，
又E為PD的中點(diǎn)，∴AE⊥PD，
∵AC⊥BC，∠ABC=45°，
又D是AB的中點(diǎn)，∴CD⊥AB，
∵平面PAB⊥平面ABC，又平面PAB∩平面ABC=AB，
∴CD⊥平面PAB，∵AE平面PAB，∴CD⊥AE，
又CD∩PD=D，∴AE⊥平面PCD．
（Ⅱ）解：以A為原點(diǎn)，作Ax∥DC，以AB所在直線為y軸，建立空間直角坐標(biāo)系，
設(shè)AB=2a，則A（0，0，0），B（0，2a，0），C（a，a，0），D（0，a，0），P（0， ），
∵CD⊥平面PAB，∴平面PAB的一個(gè)法向量為 =（﹣a，0，0），
設(shè)平面PAC的一個(gè)法向量為 =（x，y，z），
則 ，令x=1，得 =（1，﹣1， ），
設(shè)二面角B﹣PA﹣C的平面角為θ，
由圖知，二面角B﹣PA﹣C為銳角，
∴cosθ= = = ，
∴二面角B﹣PA﹣C的余弦值為 ．
（Ⅲ）PB上存在M，使得CM∥平面AEF，此時(shí) = ．
證明：在平面ABP中，延長(zhǎng)AE交BP為G，
取BG中點(diǎn)M，∵M(jìn)為BG中點(diǎn)，D為AB中點(diǎn)，
∴DM∥AG，又E為PD中點(diǎn)，∴G為PM中點(diǎn)，
此時(shí)， = ，∴DM∥AE，
∵DM面AEF，AE面AEF，
∴DM∥平面AEF，
∵E，F(xiàn)分別是PD，PC的中點(diǎn)，
∴CD∥EF，CD面AEF，EF平面AEF，
∴CD∥平面AEF，CD∩DM=D，CD面CDM，DM面CDM，
∴面CDM∥面AEF，
∵CM面CDM，∴CM∥面AEF．

【解析】（Ⅰ）推導(dǎo)出PD=AD，從而△PAD是等邊三角形，進(jìn)而AE⊥PD，再求出CD⊥AB，從而CD⊥平面PAB，進(jìn)而CD⊥AE，由此能證明AE⊥平面PCD．（Ⅱ）以A為原點(diǎn)，作Ax∥DC，以AB所在直線為y軸，建立空間直角坐標(biāo)系，利用向量法能求出二面角B﹣PA﹣C的余弦值．（Ⅲ）在平面ABP中，延長(zhǎng)AE交BP為G，取BG中點(diǎn)M，推導(dǎo)出G為PM中點(diǎn)，此時(shí)， = 從而DM∥平面AEF，推導(dǎo)出面CDM∥面AEF，從而得到CM∥面AEF．
【考點(diǎn)精析】本題主要考查了直線與平面平行的判定和直線與平面垂直的判定的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，需要掌握平面外一條直線與此平面內(nèi)的一條直線平行，則該直線與此平面平行；簡(jiǎn)記為：線線平行，則線面平行；一條直線與一個(gè)平面內(nèi)的兩條相交直線都垂直，則該直線與此平面垂直；注意點(diǎn)：a)定理中的“兩條相交直線”這一條件不可忽視；b)定理體現(xiàn)了“直線與平面垂直”與“直線與直線垂直”互相轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)思想才能正確解答此題．