| 8.6.2 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

$24-25$高二上$·$上海$·$期中)如图,已知圆锥的顶点为$P$,底面圆$O$的直径$AB$长为$8$,点$C$是圆$O$上一点,$\angle BOC=45{}^\circ $, 点$D$是劣弧$AC$上的一点, 平面$PCD\cap $平面$PAB=l$, 且$l\text{//}AB$$.$

$(1)$证明:$OC\perp PD$$.$

$(2)$当三棱锥$P-OCD$的体积为$\dfrac{64}{7}$时,求点$O$到平面$PCD$的距离$.$

[["

$(1)$证明见解析

$(2)$$\\dfrac{24}{11}$

"]]

$(1)$

如图,由已知平面$PCD\cap $平面$PAB=l$, 且$l\text{//}AB$

$AB\not\subset $平面$PCD$$l\subset $平面$PCD$

则直线$AB\text{//}$平面$PCD$

$AB\subset $平面$ABCD$,且平面$ABCD\cap $平面$PCD=CD$

$AB\text{//}CD$

$\angle BOC=45{}^\circ $

$\therefore \angle OCD=\angle ODC=45{}^\circ $

$\triangle OCD$为等腰直角三角形,

$OC\perp OD$

又由圆锥性质可得$PO\perp $平面$COD$,因$OC\subset $平面$COD$,则$PO\perp OC$

$OD\cap PO=O$,且$OD$$PO\subset $平面$POD$

$OC\perp $平面$POD$

$P D \subset$平面$POD$

$OC\perp PD$

$(2)$

由已知圆$O$的直径$AB$长为$8$,则$OC=OD=4$

$(1)$$CD=4\sqrt{2}$${{S}_{\triangle OCD}}=\dfrac{1}{2}OC\cdot OD=8$

由三棱锥$P-OCD$的体积$V=\dfrac{1}{3}{{S}_{\triangle OCD}}\cdot PO=\dfrac{8}{3}PO=\dfrac{64}{7}$,解得$PO=\dfrac{24}{7}$

如图,取$CD$中点$M$,连接$OM$$PM$,则$DC\perp OM$,因$PO\perp $平面$COD$,

$DC\subset $平面$COD$,则$PO\perp DC$,因$PO\cap OM=O,PO,OM\subset $平面$POM$,则$D C \perp$平面$POM$,

$PM\subset $平面$POM$,故$DC\perp PM$$.$

$OM=2\sqrt{2}$$PM=\sqrt{P{{O}^{2}}+O{{M}^{2}}}=\sqrt{{{\left(\dfrac{24}{7}\right)}^{2}}+{{(2\sqrt{2})}^{2}}}=\dfrac{22\sqrt{2}}{7}$

$\therefore {{S}_{\triangle PCD}}=\dfrac{1}{2}CD\cdot PM=\dfrac{1}{2}\times 4\sqrt{2}\times \dfrac{22\sqrt{2}}{7}=\dfrac{88}{7}$,设点$O$到平面$PCD$的距离为$d$

$V=\dfrac{1}{3}{{S}_{\triangle PCD}}\cdot d=\dfrac{88}{21}d=\dfrac{64}{7}$,解得$d=\dfrac{24}{11}$$.$

即点$O$到平面$PCD$的距离为$\dfrac{24}{11}$$.$

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