已知四棱锥P-ABCD的底面ABCD是菱形;PA⊥平面ABCD,PA=AD=AC,点F为PC的中点.

1个回答

  • 解题思路:(Ⅰ)欲证PA∥平面BFD,根据直线与平面平行的判定定理可知只需证PA与平面BFD内一直线平行,连接AC,BD与AC交于点O,连接OF,根据中位线可知OF∥PA,OF⊂平面BFD,PA⊄平面BFD,满足定理所需条件;

    (Ⅱ)根据条件可知PA⊥AC,AC⊥BD.OF∩BD=O,满足线面垂直的判定定理,则AC⊥平面BDF,作OH⊥BF,垂足为H,连接CH,则CH⊥BF,

    所以∠OHC为二面角PD⊥的平面角.在Rt△FOB中,求出OH,从而求出∠OHC的正切值,最后根据二面角C-BF-D的平面角与二面角P-BF-D的平面角互补求出所求即可.

    证明:(Ⅰ)连接AC,BD与AC交于点O,连接OF.

    ∵ABCD是菱形,∴O是AC的中点.

    ∵点F为PC的中点,∴OF∥PA.

    ∵OF⊂平面BFD,PA⊄平面BFD,∴PA∥平面BFD.

    (Ⅱ) ∵PA⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,∴PA⊥AC.

    ∵OF∥PA,∴OF⊥AC.∵ABCD是菱形,∴AC⊥BD.∵OF∩BD=O,

    ∴AC⊥平面BDF.

    作OH⊥BF,垂足为H,连接CH,则CH⊥BF,

    所以∠OHC为二面角PD⊥的平面角.ABCDPA=AD=AC,

    ∴OF=

    1

    2PA,BO=

    3

    2PA,BF=

    BO2+OF2=PA.

    在Rt△FOB中,OH=

    OF⋅BO

    BF=

    3

    4PA,

    ∴tan∠OHC=

    OC

    OH=

    1

    2PA

    3

    4PA=

    2

    3

    3.

    ∴二面角C-BF-D的大小为arctan

    2

    3

    3

    ∵二面角C-BF-D的平面角与二面角P-BF-D的平面角互补

    ∴二面角P-BF-D的大小为π-arctan

    2

    3

    3

    点评:

    本题考点: 直线与平面平行的判定;与二面角有关的立体几何综合题.

    考点点评: 求二面角,关键是构造出二面角的平面角,常用的方法有利用三垂线定理和通过求法向量的夹角,然后再将其转化为二面角的平面角,属于综合题.