【題目】如圖,在四棱錐P﹣ABCD中,底面ABCD是平行四邊形,∠BCD=135°,側(cè)面PAB⊥底面ABCD,∠BAP=90°,AB=AC=PA=2,E,F(xiàn)分別為BC,AD的中點(diǎn),點(diǎn)M在線(xiàn)段PD上.

(1)求證:EF⊥平面PAC;
(2)如果直線(xiàn)ME與平面PBC所成的角和直線(xiàn)ME與平面ABCD所成的角相等,求 的值.

【答案】
(1)證明:∵在平行四邊形ABCD中,∠BCD=135°,∴∠ABC=45°,

∵AB=AC,∴AB⊥AC.

∵E,F(xiàn)分別為BC,AD的中點(diǎn),∴EF∥AB,

∴EF⊥AC.

∵側(cè)面PAB⊥底面ABCD,且∠BAP=90°,

∴PA⊥底面ABCD.

又EF底面ABCD,

∴PA⊥EF.

又∵PA∩AC=A,PA平面PAC,AC平面PAC,

∴EF⊥平面PAC.


(2)解:∵PA⊥底面ABCD,AB⊥AC,∴AP,AB,AC兩兩垂直,

以A為原點(diǎn),分別以AB,AC,AP為x軸、y軸和z軸建立空間直角坐標(biāo)系如圖:

則A(0,0,0),B(2,0,0),C(0,2,0),P(0,0,2),D(﹣2,2,0),E(1,1,0),

=(2,0,﹣2), =(﹣2,2,﹣2), , =(1,1,﹣2).

設(shè) =λ(0≤λ≤1),則 =(﹣2λ,2λ,﹣2λ),

= - =(1+2λ,1﹣2λ,2λ﹣2),

顯然平面ABCD的一個(gè)法向量為 =(0,0,1).

設(shè)平面PBC的法向量為 =(x,y,z),

,即

令x=1,得 =(1,1,1).

∴cos< , >= = ,cos< >= =

∵直線(xiàn)ME與平面PBC所成的角和此直線(xiàn)與平面ABCD所成的角相等,

∴| |=| |,即

解得 ,或 (舍).


【解析】(1)由平行四邊形的性質(zhì)可得AB⊥AC,即EF⊥AC,由面面垂直的性質(zhì)得出PA⊥平面ABCD,故PA⊥EF,故EF⊥平面PAC;(2)以A為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè) =λ(0≤λ≤1),求出平面PBC,平面ABCD的法向量 的坐標(biāo),根據(jù)線(xiàn)面角相等列方程解出λ.

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