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    解:如图, 设 过C点作AB的平行线交AM的延长线于N点. 【查看更多】

     

    题目列表(包括答案和解析)

    （必做题）先阅读：如图，设梯形ABCD的上、下底边的长分别是a，b（a＜b），高为h，求梯形的面积．
    方法一：延长DA、CB交于点O，过点O作CD的垂线分别交AB、CD于E、F，则EF=h．
    设OE=x，∵△OAB∽△ODC，∴
    x
    x+h
    =
    a
    b
    ，即x=
    ah
    b-a
    ．
    ∴S梯形ABCD=S△ODC-S△OAB=
    1
    2
    b（x+h）-
    1
    2
    ax=
    1
    2
    （b-a）x+
    1
    2
    bh=
    1
    2
    （a+b）h．
    方法二：作AB的平行线MN分别交AD、BC于MN，过点A作BC的平行线AQ分别于MN、DC于PQ，则△AMP∽△ADQ．
    设梯形AMNB的高为x，MN=y，
    x
    h
    =
    y-a
    b-a
    ⇒y=a+
    b-a
    h
    x，∴S梯形ABCD=
    ∫
    h
    0
    （a+
    b-a
    h
    x）dx=（ax+
    b-a
    2h
    x2）
    |
    h
    0
    =ah+
    b-a
    2h
    •h2=
    1
    2
    （a+b）h．
    再解下面的问题：
    已知四棱台ABCD-A′B′C′D′的上、下底面的面积分别是S1，S2（S1＜S2），棱台的高为h，类比以上两种方法，分别求出棱台的体积（棱锥的体积=
    1
    3
    ×底面积×高）．

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    如图，在四棱锥P-ABCD中，PA⊥平面ABCD，AC⊥AD，AB⊥BC，∠BAC=45°，PA=AD=2，AC=1.

    （Ⅰ）证明PC⊥AD；

    （Ⅱ）求二面角A-PC-D的正弦值；

    （Ⅲ）设E为棱PA上的点，满足异面直线BE与CD所成的角为30°，求AE的长.

     

    【解析】解法一：如图，以点A为原点建立空间直角坐标系，依题意得A(0,0,0)，D(2,0,0),C(0,1,0), ,P（0,0,2）.

    （1）证明：易得，于是,所以

    (2) ,设平面PCD的法向量，

    则,即.不防设，可得.可取平面PAC的法向量于是从而.

    所以二面角A-PC-D的正弦值为.

    （3）设点E的坐标为（0,0，h），其中，由此得.

    由，故 

    所以，，解得，即.

    解法二：（1）证明：由，可得，又由,,故.又,所以.

    (2)如图，作于点H，连接DH.由,,可得.

    因此,从而为二面角A-PC-D的平面角.在中，,由此得由（1）知,故在中，

    因此所以二面角的正弦值为.

    （3）如图，因为，故过点B作CD的平行线必与线段AD相交，设交点为F，连接BE，EF. 故或其补角为异面直线BE与CD所成的角.由于BF∥CD，故.在中，故

    在中，由,,

    可得.由余弦定理，,

    所以.

     

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