题目内容

(本小题满分12分)如图,在棱长为1的正方体中,AP=BQ=b(0<b<1),截面PQEF,截面PQGH

(Ⅰ)证明:平面PQEF和平面PQGH互相垂直;

(Ⅱ)证明:截面PQEF和截面PQGH面积之和是定值,

并求出这个值;

(Ⅲ)若,求与平面PQEF所成角的正弦值.

(Ⅰ)同解析(Ⅱ)截面PQEF和截面PQGH面积之和为,是定值.(Ⅲ)


解析:

解法一:

(Ⅰ)证明:在正方体中,

又由已知可得

所以

所以平面

所以平面和平面互相垂直.  4分

(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)知

,又截面PQEF和截面PQGH都是矩形,且PQ=1,所以截面PQEF和截面PQGH面积之和是

,是定值.    8分

(Ⅲ)解:设于点,连结

因为平面

所以与平面所成的角.

因为,所以分别为的中点.

可知

所以.   12分

解法二:

D为原点,射线DADCDD′分别为xyz轴的正半轴建立如图的空间直角坐标系Dxyz.由已知得,故

(Ⅰ)证明:在所建立的坐标系中,可得

因为,所以是平面PQEF的法向量.

因为,所以是平面PQGH的法向量.

因为,所以

所以平面PQEF和平面PQGH互相垂直.  4分

(Ⅱ)证明:因为,所以,又,所以PQEF为矩形,同理PQGH为矩形.

在所建立的坐标系中可求得

所以,又

所以截面PQEF和截面PQGH面积之和为,是定值. 8分

(Ⅲ)解:由(Ⅰ)知是平面的法向量.

中点可知,分别为的中点.

所以,因此与平面所成角的正弦值等于

. 12分

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