18.如图,四边形ABCD是边长为2的正方形,PA⊥平面ABCD,DE//PA,PA=2DE=AB,F为PC的中点.
(1)求证:EF//平面ABCD;
(2)求平面PCE与平面ABCD所成二面角的余弦值;
(3)求点A到平面PEC的距离.
(1)证法一:取PA中点G′连接EG′、FG′、AC
易得EG′//AD,FG′//AC ………………2分
∴平面EFG′//平面ABCD ∴EF//平面ABCD …………4分
证法二:由条件知DC,DA,DE两两垂直,
∴以DC,DA,DE所在直线为坐标轴建立空间直角坐标系D-xyz
则A(0,2,0),B(2,2,0),C(2,0,0)
D(0,0,0),E(0,0,1),P(0,2,2)
∵F这PC的中点 ∴F(1,1,1)
∵
……2分
即
又∵
而ABCD 而EF
面ABCD
∴EF//面ABCD …………4分
(2)解法1 延长PE、AD交于G点,连接GC,
则平面PEC∩平面ABCD=GC
∵
∴GD=DA=DC ∴△ACG为直角三角形
∴GC⊥AC 而AC为PC在平面ABCD内的射影,GC
平面ABCD
∴由三垂线定理得GC⊥PC
∴∠PCA就是平面PEC与平面ABCD所成二面角的平面角 …………6分
在Rt△PCA中,
…………8分
解法2 设平面PEC的法向量
∴
∴
…………6分
又DE⊥平面ABCD, 即
是平面ABCD的法向量,且
=(0,0,1)
|
|=1,设平面PEC与平面ABCD的二面角为θ
则
…………8分
(3)解法1 作AH⊥PC于H点
由EF//DB,AC⊥DB,PA⊥平面ABCD,PA⊥BD,且AC∩PA=A
∴BD⊥平面PAC ∴EF⊥平面PAC 而AH
平面PAC
∴AH⊥EF 又AH⊥PC EF∩PC=F ∴AH⊥平面PEC
即AH为点A到平面PEC的距离
故在Rt△PCA中有
…………12分
解法2 由(2)知平面PEC的法向量为n=(
)
且|n|=
∴A到平面的距离
…………