如图,已知三棱锥P-ABC,平面PAC⊥平面ABC,AB=BC=CA=4,PA=23,PC=2,D是AB的中点,CE=14BC,F是PD的中

2025-05-10 08:32:10
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回答1:

解答:(I)证明:取PA的中点K,作ER∥AB交AC于R,连接FK,RK.
则KF∥AD,ER∥AD,又RG=

1
4
AB=
1
2
AD
=KF,
∴四边形KFRE是平行四边形,
∴EF∥KR,EF?平面PAC,KR?平面PAC,
∴EF∥平面PAC.
(II)在△ACP中,AP2+CP2=(2
3
)2+22
=42=AC2,∴∠APC=90°.
sin∠PAC=
PC
AC
1
2
,∴∠PAC=30°.
在△AKR中,AK=
3
AR=
3
4
AC
=3.
由余弦定理可得:KR2=AK2+AR2-2AK?ARcos∠KAR=(
3
)2
+32-
3
×3×cos30°
=3,
∴KR=
3

∴∠ARK=∠KAR=30°.
∵平面PAC⊥平面ABC,∴∠ARK为KR与平面ABC所成的角,
∵EF∥KR,
∴∠ARK即为直线EF与平面ABC所成的角,
∵tan∠ARK=
3
3
,∴直线EF与平面ABC所成角的正切值为
3
3

(III)如图所示,取AC的中点O为坐标原点,OA,OB分别为x轴、y轴建立空间直角坐标系.
假设在CB存在一点G使平面DGF与平面ABC所成锐二面角的大小为
π
4
.A(2,0,0),B(0,2
3
,0)
,C(-2,0,0),
D(1,
3
,0)

BG
=λ
BC
,则
OG
=
OB
+λ
BC
=(0,2
3
,0)
(?2,?2
3
,0)
=(?2λ,2
3
?2
3
λ,0)

过点P作PM⊥AC,则PM⊥平面ABC.M(-1,0,0),
P(?1,0,
3
)
.∴F