题目内容
【题目】如图,正方形AMDE的边长为2,B,C分别为AM,MD的中点.在五棱锥P-ABCDE中,F为棱PE的中点,平面ABF与棱PD,PC分别交于点G,H.
(1)求证:AB∥FG;
(2)若PA⊥底面ABCDE,且PA=AE.求直线BC与平面ABF所成角的大小,并求线段PH的长.
【答案】(1)详见解析(2)点H的坐标为().PH=2.
【解析】试题分析:(1)运用线面平行的判定定理和性质定理即可证得;(2)由于PA⊥底面ABCDE,底面AMDE为正方形,建立如图的空间直角坐标系Axyz,分别求出A,B,C,E,P,F,及向量BC的坐标,设平面ABF的法向量为n=(x,y,z),求出一个值,设直线BC与平面ABF所成的角为α,运用sinα=|cos<n, >|,求出角α;设H(u,v,w),再设 (0<λ<1),用λ表示H的坐标,再由n =0,求出λ和H的坐标,再运用空间两点的距离公式求出PH的长.
试题解析:
(1)在正方形AMDE中,因为B是AM的中点,所以AB∥DE.
又因为AB平面PDE,所以AB∥平面PDE.
因为AB平面ABF,且平面ABF∩平面PDE=FC,
所以AB∥FG.
(2)因为PA⊥底面ABCDE,所以PA⊥AB,PA⊥AE.
如图建立空间直角坐标系A-xyz,
则A(0,0,0),B(1,0,0),C(2,1,0),P(0,0,2),F(0,1,1),=(1,1,0).
设平面ABF的法向量为n=(x,y,z),则
即
令z=1,则y=-1.所以n=(0,-1,1).
设直线BC与平面ABF所成角为α,则
sinα=|cos<n, >|=||=.
因此直线BC与平面ABF所成角的大小为.
设点H的坐标为(u,v,w).
因为点H在棱PC上,所以可设=λ (0<λ<1),
即(u,v,w-2)=λ(2,1,-2),
所以u=2λ,u=λ,w=2-2λ.
因为n是平面ABF的法向量,所以n·=0,
即(0,-1,1)·(2λ,λ,2-2λ)=0.
解得λ=,所以点H的坐标为(,,).
所以PH==2.