(2010•柳州三模)如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,底面ABCD为正方形,PD=DC=1,E、F分别

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  • 解题思路:(1)(3)中证明线线垂直及线面垂直,可以综合线线、线面、面面垂直的性质及判定定理进行解答,也可利用三垂线定理进行解答

    (2)求二面角的大小,一般先作出二面角的平面角.再利用解三角形的办法求解,对于本题,也可以建立空间坐标系,利用空间向量进行求解和证明.

    解法一:

    证明:(Ⅰ)∵E、F分别是AB、PB的中点,

    ∴EF∥PA.

    ∵ABCD是正方形,

    ∴AD⊥CD.

    又PD⊥底面ABCD,

    ∴AD是斜线PA在平面ABCD内的射影.

    ∴PA⊥CD.

    ∴EF⊥CD

    (Ⅱ)连接AC交BD于O,过O作OK⊥DE于K,连接OF、FK.

    ∵O,F分别为BD,PB中点,

    ∴OF∥PD.

    ∵PD⊥底面ABCD,

    ∴OF⊥底面ABCD.

    ∴OK是斜线FK在平面ABCD内的射影.

    ∴FK⊥DE.

    ∴∠FKO是二面角F-DE-B的平面角

    经计算得:OF=

    1

    2,OK=

    5

    10.

    ∴tan∠FKO=

    OF

    OK=

    5.

    即二面角F-DE-B的大小为arctan

    5

    (Ⅲ)取PC的中点H,连接DH.

    ∵PD=DC,

    ∴DH⊥PC.

    又易证BC⊥平面PDC,

    ∴DH⊥BC.

    又PC∩BC=C,

    ∴DH⊥平面PBC

    取AD中点G,连接GF、FH.

    ∴FH∥BC∥DG,且FH=DG.

    ∴四边形DGFH为平行四边形.

    ∴DH∥GF.

    ∴GF⊥平面PCB.

    即当G是AD的中点时,GF⊥平面PCB

    解法二:

    以DA、DC、DP所在直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系(如图),

    则D(0,0,0)、A(1,0,0)、B(1,1,0)、C(0,1,0)、E(1,

    1

    2,0)、F(

    1

    2,

    1

    2,

    1

    2)、P(0,0,1).

    (Ⅰ)∵

    EF=(−

    1

    2,0,

    1

    2),

    DC=(0,1,0),

    点评:

    本题考点: 空间中直线与直线之间的位置关系;直线与平面垂直的性质;与二面角有关的立体几何综合题.

    考点点评: 线线垂直可由线面垂直的性质推得,直线和平面垂直,这条直线就垂直于平面内所有直线,这是寻找线线垂直的重要依据.垂直问题的证明,其一般规律是“由已知想性质,由求证想判定”,也就是说,根据已知条件去思考有关的性质定理;根据要求证的结论去思考有关的判定定理,往往需要将分析与综合的思路结合起来.证明线面垂直的方法:证明一个面过另一个面的垂线,将证明面面垂直转化为证明线面垂直,一般先从现有直线中寻找,若图中不存在这样的直线,则借助中点、高线与添加辅助线解决.求二面角的大小,一般先作出二面角的平面角.再利用解三角形的办法求解.对于本题,也可以建立空间坐标系,利用空间向量进行求解和证明.