| 8.6.3 平面与平面垂直 题目答案及解析

稿件来源:高途

| 8.6.3 平面与平面垂直题目答案及解析如下,仅供参考!

必修二

第八章 立体几何初步

8.6 空间直线、平面的垂直

8.6.3 平面与平面垂直

已知在六面体$PABCDE$中,$PA\bot $平面$ABCD$$ED\bot $平面$ABCD$,且$PA=2ED$,底面$ABCD$为菱形,且$\angle ABC=60^{\circ}$.
$(1)$求证:平面$PAC\bot $平面$PBD$
$(2)$若直线$PC$与平面$ABCD$所成角为$45^{\circ}$,试问:在线段$PE$上是否存在点$M$,使二面角$P-AC-M$$60^{\circ}$?若存在,确定点$M$的位置;若不存在,请说明理由.

[["

(1) 证明见解析;

(2) 存在点$M$即为点$E$时,二面角$P - AC - M$$60^{\\circ}$

"]]

$(1)$证明:连接$BD$
$\because $四边形$ABCD$为菱形,$\therefore BD\bot AC$
$PA\bot $平面$ABCD$$BD\subset $平面$ABCD$$\therefore BD\bot PA$
$PA\cap AC=A$$\therefore BD\bot $平面$PAC$
$BD\subset $平面$PBD$$\therefore $平面$PBD\bot $平面$PAC$
$(2)$$\because PA\bot $平面$ABCD$$\therefore AC$$PC$在平面$ABCD$上的射影,
$\therefore \angle PCA$为直线$PC$与平面$ABCD$所成角,则$\angle PCA=45^{\circ}$,得$PA=AC$
$DE=1$,则$PA=AC=2$
又四边形$ABCD$为菱形,$\angle ABC=60^{\circ}$$\therefore \triangle ABC$为等边三角形,得$AB=2$
$BC$的中点$H$,连接$AH$,可得$AH=\sqrt{3}$,且$AH\bot BC$$\therefore AH\bot AD$
$A$为原点,分别以$AH$$AD$$AP$所在直线为$x$$y$$z$,建立空间直角坐标系,
如图所示,
$E\left(0,2,1\right)$$P\left(0,0,2\right)$$C(\sqrt{3},1,0)$$B(\sqrt{3},-1,0)$$D\left(0,2,0\right)$
$\therefore \overrightarrow{EP}=(0,-2,1)$,设$M\left(x,y,z\right)$
$\because M$$P$$E$三点共线,$\therefore \overrightarrow{EM}=\lambda \overrightarrow{EP}(0≤\lambda ≤1)$,则$\left(x,y-2,z-1\right)=\lambda \left(0,-2,1\right)$
解得$x=0$$y=2-2\lambda $$z=1+\lambda $$\therefore M\left(0,2-2\lambda ,1+\lambda \right)$
$\therefore \overrightarrow{AC}=(\sqrt{3},1,0)$$\overrightarrow{AM}=(0,2-2\lambda ,1+\lambda )$$\overrightarrow{BD}=(-\sqrt{3},3,0)$
$(1)$$BD\bot $平面$PAC$$\therefore $平面$PAC$的法向量${\boldsymbol{n}_1}∥\overrightarrow{BD}$,取${\boldsymbol{n}_1}=(-1,\sqrt{3},0)$
令平面$ACM$的法向量为${\boldsymbol{n}_2}=(x,y,z)$
$\left\{\begin{array}{l}{\boldsymbol{{n}_{2}}\cdot \overrightarrow{AC}=\sqrt{3}x+y=0}\\{\boldsymbol{{n}_{2}}\cdot \overrightarrow{AM}=(2-2\lambda )y+(1+\lambda )z=0}\end{array}\right.$,令$y=\sqrt{3}$,则${\boldsymbol{n}_2}=({-1,\sqrt{3},\dfrac{{2\sqrt{3}(\lambda -1)}}{{\lambda +1}}})$
$\because $二面角$P-AC-M$$60^{\circ}$$\therefore |{\cos⟨{{{\boldsymbol{n}}_1},{{\boldsymbol{n}}_2}}⟩}|=|{\cos60°}|=\dfrac{{|{{{\boldsymbol{n}}_1}\cdot {{\boldsymbol{n}}_2}}|}}{{|{{{\boldsymbol{n}}_1}}∥{{{\boldsymbol{n}}_2}}|}}$
$\therefore \dfrac{4}{{2\cdot \sqrt{4+\dfrac{{12{{(\lambda -1)}^2}}}{{{{(\lambda +1)}^2}}}}}}=\dfrac{1}{2}$,解得$\lambda =0$
$\because 0\leqslant \lambda \leqslant 1$$\therefore $$\lambda =0$时,点$M$与点$E$重合,
$\therefore $存在点$M$即为点$E$时,二面角$P-AC-M$$60^{\circ}$.

| 8.6.3 平面与平面垂直题目答案及解析(完整版)

去刷题
今日推荐