| 8.6.2 直线与平面垂直 题目答案及解析

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必修二

第八章 立体几何初步

8.6 空间直线、平面的垂直

8.6.2 直线与平面垂直

如图,在正四棱锥$E-ABCD$中,$AB=2\sqrt{2}$$AC$$BD$交于点$O$$OE=2$$P$$CE$的中点.
$(1)$证明:$CE\bot $平面$PBD$
$(2)$直线$DP$与平面$ABP$所成角的正弦值.

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$(1)$ 证明见解析
$(2)$ $\\dfrac{2\\sqrt{66}}{33}$

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$(1)$证明:在正四棱锥$E-ABCD$中,$AC$$BD$交于点$O$
所以$EO\bot $平面$ABCD$$AC\subset $平面$ABCD$,所以$EO\bot AC$
$AB=2\sqrt{2}$,所以$AC=\sqrt{{(2\sqrt{2})}^{2}+{(2\sqrt{2})}^{2}}=4$
$OC=2$,又$OE=2$
所以$EC=\sqrt{O{C}^{2}+O{E}^{2}}=2\sqrt{2}$
所以正四棱锥$E-ABCD$的所有侧面都是正三角形,
因为$P$$CE$的中点,所以$BP\bot CE$$DP\bot CE$
$BP\cap DP=P$$BP$$DP\subset $平面$PBD$
所以$CE\bot $平面$PBD$
$(2)$因为$ABCD$为正方形,所以$AC\bot BD$
如图建立空间直角坐标系,则$A\left(0,-2,0\right),B\left(2,0,0\right)$$D\left(-2,0,0\right),P\left(0,1,1\right)$
所以$\overrightarrow{DP}=\left(2,1,1\right),\overrightarrow{AB}=\left(2,2,0\right),\overrightarrow{AP}=\left(0,3,1\right)$
设平面$ABP$的法向量为$\boldsymbol{m}=\left(x,y,z\right)$
$\left\{\begin{array}{l}{\boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{AB}=0}\\{\boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{AP}=0}\end{array}\right.$,即$\left\{\begin{array}{l}{2x+2y=0}\\{3y+z=0}\end{array}\right.$
$y=1$,可得$\boldsymbol{m}=\left(-1,1,-3\right)$
可得$\boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{DP}=-1\times 2+1\times 1-3\times 1=-4,|\boldsymbol{m}|=\sqrt{(-1)^{2}+{1}^{2}+\left(-3\right)^{2}}=\sqrt{11},|\overrightarrow{DP}=\sqrt{{2}^{2}+{1}^{2}+{1}^{2}}=\sqrt{6}$
所以$\cos\lt \boldsymbol{m},\overrightarrow{DP} \gt =\dfrac{\boldsymbol{m}\cdot \overrightarrow{DP}}{|\boldsymbol{m}|\cdot |\overrightarrow{DP}|}=\dfrac{-4}{\sqrt{11}×\sqrt{6}}=-\dfrac{2\sqrt{66}}{33}$.
设直线$DP$与平面$ABP$所成角为$\theta $$\theta \in \left[0,\dfrac{\pi }{2}\right]$
所以$\sin \theta =|\cos\lt \boldsymbol{m},\overrightarrow{DP} \gt |=\dfrac{2\sqrt{66}}{33}$.
所以直线$DP$与平面$ABP$所成角的正弦值为$\dfrac{2\sqrt{66}}{33}$.

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