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第7章 立體幾何
第5節(jié) 直線、平面垂直的判定與性質(zhì)
考點 垂直關(guān)系
1.(2012廣東,13分)如圖所示,在四棱錐P-ABCD中,AB⊥平面PAD,AB∥CD,PD=AD,E是PB的中點,F(xiàn)是DC上的點且DF=AB,PH為△PAD中AD邊上的高.
(1)證明:PH⊥平面ABCD;
(2)若PH=1,AD=,F(xiàn)C=1,求三棱錐E-BCF的體積;
(3)證明:EF⊥平面PAB.
解:(1)證明:因為AB⊥平面PAD,所以平面PAD⊥平面ABCD;因為PH為△PAD中AD邊上的高,所以PH⊥AD,又平面PAD∩平面
2、ABCD=AD,PH?平面PAD,所以PH⊥平面ABCD.
(2)因為E為PB的中點,所以E點到平面ABCD的距離為PH=,
S△BCF=CFAD=1=.
所以三棱錐E-BCF的體積V==.
(3)證明:如右圖,取AB的中點M,連接MF、EM,取PA的中點N,連接NE、DN.
因為AB∥CD,DF=AB,所以NE綊AM綊DF,所以四邊形DNEF為平行四邊形,所以EF綊DN.
因為PD=AD,所以DN⊥PA,又因為AB⊥平面PAD,所以DN⊥AB,PA∩AB=A,所以DN⊥平面PAB,所以EF⊥平面PAB.
2.(2012福建,12分)如圖,在長方體ABCD-A1B1C1D1中,A
3、B=AD=1,AA1=2,M為棱DD1上的一點.
(1)求三棱錐A-MCC1的體積;
(2)當A1M+MC取得最小值時,求證:B1M⊥平面MAC.
解:(1)由長方體ABCD-A1B1C1D1知,
AD⊥平面CDD1C1,
∴點A到平面CDD1C1的距離等于AD=1,
又S△MCC1=CC1CD=21=1,
∴VA-MCC1=ADS△MCC1=.
(2)證明:將側(cè)面CDD1C1繞DD1逆時針轉(zhuǎn)90展開,與側(cè)面ADD1A1共面(如圖),當A1,M,C′共線時,A1M+MC取得最小值.
由AD=CD=1,AA1=2,得M為DD1中點.
連接C1M,在△C1MC中,MC1=,MC
4、=,CC1=2,
∴CC=MC+MC2,得∠CMC1=90,即CM⊥MC1.
又由長方體ABCD-A1B1C1D1知,B1C1⊥平面CDD1C1,
∴B1C1⊥CM.
又B1C1∩C1M=C1,∴CM⊥平面B1C1M,得CM⊥B1M;
同理可證,B1M⊥AM,
又AM∩MC=M,∴B1M⊥平面MAC.
3.(2011新課標全國,12分)如圖,四棱錐P-ABCD中,底面ABCD為平行四邊形,∠DAB=60,AB=2AD,PD⊥底面ABCD.
(1)證明:PA⊥BD;
(2)設PD=AD=1,求棱錐D-PBC的高.
解:(1)證明:因為∠DAB=60,AB=2AD,
由余弦定
5、理得BD=AD.
從而BD2+AD2=AB2,故BD⊥AD.
又PD⊥底面ABCD,可得BD⊥PD.
所以BD⊥平面PAD.故PA⊥BD.
(2)如圖,作DE⊥PB,垂足為E.
已知PD⊥底面ABCD,故PD⊥BC.
由(1)知BD⊥AD,又BC∥AD,所以BC⊥BD.故BC⊥平面PBD,BC⊥DE.
則DE⊥平面PBC.
由PD=AD=1知BD=,PB=2.
由DEPB=PDBD,得DE=.
即棱錐D-PBC的高為.
4.(2010廣東,14分)如圖,是半徑為a的半圓,AC為直徑,點E為的中點,點B和點C為線段AD的三等分點,平面AEC外一點F滿足FC⊥平面BED,
6、FB=a.
(1)證明:EB⊥FD;
(2)求點B到平面FED的距離.
解:(1)證明:∵點E為的中點,且AB=BC,AC為直徑,
∴EB⊥AC.
∵FC⊥平面BED,且BE?平面BED.
∴FC⊥EB.
∵FC∩AC=C,
∴EB⊥平面BDF,
∵FD?平面BDF,
∴EB⊥FD.
(2)∵FC⊥平面BED,且BD?平面BED,
∴FC⊥BD.
又∵BC=DC,
∴FD=FB=a.
∴VE-FBD=S△FBDEB=2aa=.
∵EB⊥平面BDF,且FB?平面BDF,∴EB⊥BF,
∴EF===a.
∵EB⊥BD,
∴ED===a.
∴S△FED=a=a2.
∴點B到平面FED的距離d==a.
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