题目内容

【题目】如图,在四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD是边长为2的菱形,∠DAB=60°,AD⊥PD,点F为棱PD的中点.

(1)在棱BC上是否存在一点E,使得CF∥平面PAE,并说明理由;

(2)若AC⊥PB,二面角D﹣FC﹣B的余弦值为时,求直线AF与平面BCF所成的角的正弦值.

【答案】(1)存在,见解析(2).

【解析】

(1)取点E为棱BC的中点,取PA的中点Q,连结EQ、FQ,利用已知结合三角形中位线定理可证四边形CEQF为平行四边形,得到CF∥EQ,再由直线与平面平行的判定得CF∥平面PAE;

(2)取AB中点M,以D为坐标原点,分别以DM,DC,DP所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系.设FD=a,利用平面FBC与平面DFC的所成角的余弦值求得a,可得平面BCF的一个法向量及的坐标再由两向量所成角的余弦值可得FA与平面BCF所成的角的正弦值.

(1)在棱BC上存在点E,使得CF∥平面PAE,点E为棱BC的中点.

证明:取PA的中点Q,连结EQ、FQ,

由题意,FQ∥AD且,CE∥AD且,

故CE∥FQ且CE=FQ.

∴四边形CEQF为平行四边形.

∴CF∥EQ,又平面PAE,在平面PAE内,

∴CF∥平面PAE;

(2)取AB中点M,

以D为坐标原点,分别以DM,DC,DP所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系.

设FD=a,则D(0,0,0),F(0,0,a),C(0,2,0),

B(,1,0),A().

,.

设平面FBC的一个法向量为.

由,取x=1,得;

取平面DFC的一个法向量为.

由题意,,解得a.

∴.

设直线AF与平面BCF所成的角为θ,

则.

即直线AF与平面BCF所成的角的正弦值为.

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