题目内容
(辽宁卷理19)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)若与平面PQEF所成的角为
,求
与平面PQGH所成角的正弦值.
说明:本小题主要考查空间中的线面关系,面面关系,解三角形等基础知识,考查空间想象能力与逻辑思维能力。满分12分.
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:连结BC′交EQ于点M.因为,
,所以平面
和平面PQGH互相平行,因此
与平面PQGH所成角与
与平面
所成角相等.
与(Ⅰ)同理可证EQ⊥平面PQGH,可知EM⊥平面,因此EM与
的比值就是所求的正弦值.
设交PF于点N,连结EN,由
知
.
因为⊥平面PQEF,又已知
与平面PQEF成
角,
所以,即
,
解得,可知E为BC中点.
所以EM=,又
,
故与平面PQCH所成角的正弦值为
. 12分
解法二:以D为原点,射线DA,DC,DD′分别为x,y,z轴的正半轴建立如图的空间直角坐标系D-xyz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:由已知得与
成
角,又
可得
,
即
,解得
.
所以
,又
,所以
与平面PQGH所成角的正弦值为
. 12分
