| 6.5.1 直线与平面垂直 题目答案及解析

稿件来源:高途

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必修二

第六章 立体几何初步

6.5 垂直关系

6.5.1 直线与平面垂直

如图,在等腰梯形$ABCD$中,$AB\mathrm{}CD$$AD=DC=3$$\angle BCD=120{}^\circ $$DE\perp $平面$ABCD$$BF\perp $平面$ABCD$$BF=DE=3$,点$P$在线段$EF$上运动$.$

$(1)$求证:$AD\perp BP$

$(2)$是否存在点$P$,使得$PB\mathrm{}$平面$ACE$?若存在,试求点$P$的位置;若不存在,请说明理由$.$

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$(1)$证明见解析;

$(2)$存在,$EP=2\\sqrt{3}$

"]]

$(1)$证明:在等腰梯形$ABCD$中,

$∵$$AB\mathrm{}CD$$AD=DC=CB=\text{3}$$\angle BCD=\text{12}0{}^\circ $

$∴$$AB=6$

$∴$$B{{D}^{\text{2}}}=A{{B}^{\text{2}}}+A{{D}^{\text{2}}}-\text{2}AB\ \cdot \ AD\ \cdot \ \text{cos6}0{}^\circ =\text{27}$

$∴$$A{{B}^{\text{2}}}=A{{D}^{\text{2}}}+B{{D}^{\text{2}}}$

$∴$$AD\perp BD$$.$

$∵$$DE\perp $平面$ABCD$$A D \subset$平面$ABCD$

$∴$$DE\perp AD$$.$

$∵$$BD\cap DE=D$$BD$$DE\subset $平面$BFED$

$∴$$A D \perp$平面$BFED$$.$

$∵$$BP\subset $平面$BFED$

$∴$$AD\perp BP$$.$

$(2)$在线段$EF$上存在$P$$EP=2\sqrt{3}$,使得$PB\mathrm{}$平面$ACE$$.$

证明如下:由已知可得四边形$BFED$为矩形,连接$AC$$BD$$O$,连接$OE$

$(1)$知在$\text{Rt}\triangle ABD$中,$BD=3\sqrt{3}$$AD=3$$AB=6$$.$

$∵$$AB\mathrm{}CD$

$∴$$\dfrac{DC}{AB}=\dfrac{DO}{OB}=\dfrac{1}{2}$

$∴$$OB=2\sqrt{3}$$.$

$EP=2\sqrt{3}$时,$EP\mathrm{}OB$$EP=OB$

则四边形$OBPE$为平行四边形,

$BP\mathsf{\parallel }OE$$.$

$BP\not\subset $平面$AEC$$OE\subset $平面$AEC$

$\therefore BP\mathrm{}$平面$AEC$$.$

综上可知,在线段$EF$上存在$P$,使得$PB\mathrm{}$平面$ACE$,且$EP=2\sqrt{3}$$.$

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