题目内容

【题目】已知四棱锥的底面为正方形,且该四棱锥的每条棱长均为,设BCCD的中点分别为EF,点G在线段PA上,如图.

1)证明:

2)当平面PEF时,求直线GC和平面PEF所成角的正弦值.

【答案】1)证明见解析;(2.

【解析】

1)设,由正棱锥的性质可知PO⊥平面ABCD,得到POEF,再由ABCD是正方形结合EF为△BCD的中位线,可得EFAC,得到EF⊥平面PAC,进一步得到EFGC

2)分别以PBOCOPxyz轴建立空间直角坐标系,求出APEF的坐标,设,且,其中,求得,设平面PEF的一个法向量为,求得,结合BG∥平面PEF,利用数量积为0求得λ,进一步得到,又,求出直线GC的法向量为.设GC和平面PEF所成角为,再由求解.

1)证明:由已知为正四棱锥,设ACBD交于点O

由正棱锥的性质可知平面ABCD,所以

由于正方形ABCD满足EF的中位线,故,所以

所以平面PAC,而平面PAC,所以.

2)分别以OBOCOP为坐标轴建立如图坐标系,

此时.

,且,其中

设平面PEF的法向量为

由于

解得

平面PEF

解得,此时,由于,故.

所以直线GC的方向向量

GC和平面PEF所成角为

.

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