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文档简介

1、立体几何中的探索问题一、探索点的位置 例1.如图,四棱锥PABCD中,PD平面ABCD,底面ABCD为矩形,PD=DC=4, AD=2,E为PC的中点, 在线段AC上是否存在一点 M,使得PA/平面EDM,若存在,求出AM的长;若 不存在,请说明理由. 解:取AC中点M,连结EM、DM, 因为E为PC的中点,M是AC的中点,所以EM/PA,又因为EM平面EDM,PA平面EDM,所以PA/平面EDM 所以即在AC边上存在一点M,使得PA/平面EDM,AM的长为. C1A1CB1ABD 例2.如图,三棱柱中,面, ,为的中点, (2)求二面角的余弦值; (3)在侧棱上是否存在点,使得A1AC1zx

2、yCB1BD ?请证明你的结论. 解:(1)解:如图,建立空间直角坐标系, 则C1(0,0,0),B(0,3,2), C(0,3,0),A(2,3,0),D(1,3,0), 设是面BDC1的一个法向量,则 即, 取,易知是面ABC的一个法向量. . 二面角C1BDC的余弦值为. (2)假设侧棱AA1上存在一点P使得CP面BDC1. 设P(2,y,0)(0y3),则 , 则,即. 解之方程组无解. 侧棱AA1上不存在点P,使CP面BDC1. 二、探索结论的存在性例3.如图,已知三棱锥中,为中点,为的中点,且 (1)求证:; (2)找出三棱锥中一组面与面垂直的位 置关系,并给出证明(只需找到一组即

3、可) (1)证明:依题意 D为AB的中点,M为PB的中点 DM / PA 又, (2)平面PAC平面PBC (或平面PAB平面PBC) 证明:由已知AB2PD,又D为AB的中点 所以PDBD 又知M为PB的中点 ,由(1)知 DM / PA 又由已知,且 故 平面PAC平面PBC。 例4.已知一四棱锥PABCD的三视图如下,E是侧棱PC上的动点,是否不论点E在何位 置,都有BDAE?证明你的结论。 解: 不论点E在何位置,都有BDAE。 证明如下:连结AC,ABCD是正方形 BDAC PC底面ABCD 且平面 BDPC- 又 BD平面PAC 不论点E在何位置,都有AE平面PAC 不论点E在何位

4、置,都有BDAE 三、针对性练习1. 四棱锥PABCD中,底面ABCD是矩形,PA底面ABCD,PA= AB =1,AD =2, 点M是PB的中点,点N在BC边上移动 证明,无论N点在BC边上何处,都有PNAM. 证明:,是的中点,.又平面,平面,NEABCDPM.又, ,平面.又平面,.平面.又平面,. 所以无论点在边的何处, 都有. 2.在四棱锥中,底面是菱形,,在棱上是否存在点 (异于点)使得平面,若存在,求的值;若不存在,说明理由. 解:不存在. 下面用反证法说明. 假设存在点(异于点)使得平面. 在菱形中, 因为 平面,平面, 所以 平面. 因为 平面,平面, , 所以 平面平面.

5、而平面与平面相交,矛盾. 3. 如图,三棱柱ABCA1B1C1中,AA1平面ABC,AA1,AC, AB2,BC1,D是棱CC1的中点, 在棱AB上是否存在一点E, 使DE平面AB1C1?证明你的结论; 解: 当点E为棱AB的中点时,DE平面AB1C1. 证明如下:取BB1的中点F,连接EF,FD,DE. E、F分别为AB、BB1的中点, EFAB1. AB1平面AB1C1,EF平面AB1C1,EF平面AB1C1.同理可证FD平面AB1C1. EFFDF,平面EFD平面AB1C1. DE平面EFD,DE平面AB1C1.SPDCBA 49741)如图,四棱锥的底面是正方形,每条侧棱的长都是底面边

6、长的倍,为侧棱上的点。(1)求证:; (2)若平面,求二面角的大小;(3)在(2)的条件下,侧棱上是否存在一点, 使得平面。若存在,求的值; 若不存在,试说明理由。解法一:(1);连,设交于于,由题意知.以O为坐标原点, 分别为轴、轴、轴正方向,建立坐标系如图。 设底面边长为,则高。 于是, 则 , 故, 从而(2) 由题设知,平面的一个法向量,平面的一个法向 量,设所求二面角为,则, 所求二面角的大小为(3)在棱上存在一点使.由(2)知是平面的一个法 向量,且 设 则 而 即当时, 而不在平面内,故解法二:(1)连BD,设AC交BD于O,由题意。在正方形ABCD中, ,所以,得. (2) 设正方形边长,则。 又,所以,连,由()知,所以, 且,所以是二面

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