19.(本小题满分14分,第一小问满分3分,第二小问满分5分,第三小问满分6分)
在五棱锥P-ABCDE中,PA=AB=AE=2a,PB=PE=
a,BC=DE=a,∠EAB=∠ABC=∠DEA=90°.
(1)求证:PA⊥平面ABCDE;
(2)求二面角A-PD-E的大小;
(3)求点C到平面PDE的距离. (南菁中学)
解:(1)证明∵PA=AB=2a,PB=2
a,∴PA2+AB2=PB2,∴∠PAB=90°,即PA⊥AB.
同理PA⊥AE.3分∵AB∩AE=A,∴PA⊥平面ABCDE. …………… 3分
(2)∵∠AED=90°,∴AE⊥ED.
∵PA⊥平面ABCDE,∴PA⊥ED.
∴ED⊥平面PAE.过A作AG⊥PE于G,
∴DE⊥AG,∴AG⊥平面PDE.
过G作GH⊥PD于H,连AH,
由三垂线定理得AH⊥PD.
∴∠AHG为二面角A-PD-E的平面角.
………… 6分
在直角△PAE中,AG=
a.在直角△PAD中,AH=
a,
∴在直角△AHG中,sin∠AHG=
=
.∴∠AHG=arcsin
.
∴二面角A-PD-E的大小为arcsin
. …………… 8分
(3)∵∠EAB=∠ABC=∠DEA=90°, BC=DE=a,AB=AE=2a,
取AE中点F,连CF,
∵AF∥=BC, ∴四边形ABCF为平行四边形.
∴CF∥AB,而AB∥DE, ∴CF∥DE,而DE
平面PDE,CF
平面PDE,
∴CF∥平面PDE.
∴点C到平面PDE的距离等于F到平面PDE的距离. ……………10分
∵PA⊥平面ABCDE, ∴PA⊥DE. 又∵DE⊥AE,∴DE⊥平面PAE.
∴平面PAE⊥平面PDE.
∴过F作FG⊥PE于G,则FG⊥平面PDE.
∴FG的长即F点到平面PDE的距离.
……………12分
在△PAE中,PA=AE=2a,F为AE中点,FG⊥PE,
∴FG=
a. ∴点C到平面PDE的距离为
a.
…………… 14分