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解答题在三棱锥P-ABC中 PA⊥PB PA⊥PC PB⊥PC 点D E分别是棱BC

时间:2022-10-21 18:40:55

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解答题在三棱锥P-ABC中 PA⊥PB PA⊥PC PB⊥PC 点D E分别是棱BC

问题补充:

解答题在三棱锥P-ABC中,PA⊥PB,PA⊥PC,PB⊥PC,点D、E分别是棱BC、AP的中点.

(1)试用反证法证明直线DE与直线CP是异面直线;

(2)若PA=PB=PC=4,F为棱AB上的点,且,求二面角D-EF-B的大小(结果用反三角函数值表示).

答案:

解:(1)证明:(反证法)假设DE与CP不是异面直线.(2分)

设DE与CP都在平面α上.∵P∈α,E∈α,∴PE?α.∵A∈PE,∴A∈α.

又∵C∈α,D∈α,∴CD?α.∵B∈CD,∴B∈α.

∴点A、B、C、P都在平面α上,这与P、A、B、C不共面(P-ABC是三棱锥)矛盾,于是,假设不成立.(5分)

所以直线DE与CP是异面直线.(6分)

?(2)按如图所示建立空间直角坐标系.(7分)

由题可知,A(4,0,0)、B(0,4,0)、C(0,0,4),进一步有D(0,2,2)、

E(2,0,0)、F(3,1,0),且平面EFB的一个法向量为.

设平面DEF的一个法向量为,则,即.

取x=1,得y=-1,z=2.

所以.??????????(9分)

记,于是,,.???(10分)

结合图形可以判断二面角D-EF-B是锐角,因此二面角D-EF-B的大小为.(12分)解析分析:(1)用反证法证明,假设DE与CP不是异面直线.设DE与CP都在平面α上.由P∈α,E∈α,知PE?α.A∈α.由C∈α,D∈α,CD?α.知B∈α.从而得到点A、B、C、P都在平面α上,这与P、A、B、C不共面(P-ABC是三棱锥)矛盾,由此得到直线DE与CP是异面直线.(2)建立恰当的空间直角坐标系.借助法向量用向量法求二面角D-EF-B的大小.点评:本题考查异面直线的证明和二面角的求法,解题时要认真审题,注意反证法和向量法的灵活运用.

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