题目内容

【题目】如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,且,平面PCD⊥平面ABCD,,点E为线段PC的中点,点F是线段AB上的一个动点.

(1)求证:平面平面PBC;

(2)设二面角的平面角为,试判断在线段AB上是否存在这样的点F,使得,若存在,求出的值;若不存在,请说明理由.

【答案】(1)证明见解析(2)存在;

【解析】

(1)根据平面与平面垂直的性质易知平面,从而,由三线合一易证,从而平面,即可由面面垂直的判定定理证明平面平面PBC;

(2)在平面内过作交于点,以为原点,以,,所在直线分别为轴,建立空间直角坐标系,写出各个点的坐标,并由题意设,表示出平面的法向量和平面的法向量.根据同角三角函数关系式可由求得,结合空间向量夹角运算求得的值,进而确定的值.

(1)四边形是正方形,

∴.

∵平面平面平面平面,

∴平面.

∵平面,

∴.

∵,点为线段的中点,

∴.

又∵,

∴平面.

又∵平面,

∴平面平面.

(2)由(1)知平面,

∵,

∴平面.

在平面内过作交于点,

∴,故,,两两垂直,以为原点,

以,,所在直线分别为轴,建立如图所示空间直角坐标系.

因为,

,∴.

∵平面,则,,

又为的中点,,假设在线段上存在这样的点,使得,设,,,

设平面的法向量为,则

∴,令,则

,则

平面,

平面的一个法向量,,则

∴.

,解得,

∴

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