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如图(1),在直角梯形ABCP中,BCAP,ABBC,CDAP,AD=DC=PD=2,EFG分别是线段PC,PD,BC的中点,现将△PDC折起,使平面PDC⊥平面ABCD〔如图(2)〕.

(1)求证:AP∥平面EFG;

(2)求二面角G-EF-D的大小;

(3)在线段PB上确定一点Q,使PC⊥平面ADQ,试给出证明.

证明:取AD的中点H,连HGHF,?

EFG分别是线段PCPDBC的中点,?

EFDC,HGDC.?

HGEFEFHG四点共面.?

HFEFHG.?

HFAPAPEFGH,?

AP∥面EFGH,即AP∥平面EFG.                                                                           

?

(2)解:∵PDDCEFDC,?

DFEF.又平面PDC⊥平面ABCD,且HDDC,?

HD⊥平面PDCEF平面PDC,由三垂线定理得HFEF.?

∴∠DFH就是二面角G-EF-D的平面角.                                                                 ?

在RT△HDF中,DF=PD=1,DH=AD=1,?

∴∠DFH=45°,即二面角GEFD的大小为45°.                                                       

(3)证法一:当点Q是线段PB中点时,有PC⊥平面ADQ.?

证明如下:?

PC中点S,连QSDS,则有QSBC,?

BCAD,?

QSAD.?

ADSQ四点共面.?

PD=DC,SPC中点,?

PCDS.?

又∵PD⊥平面ABCD,ADCD,??

ADPC.又ADDS=D,?

PC⊥平面ADSQ,即PC⊥平面ADQ.                                                                        

?

证法二:建立如图所示的空间直角坐标系.设Q是线段PB上的一点,?

=λ(0<λ<1),?

PD=AD=2,?

P(0,0,2),A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0).?

=(-2,0,2),=(2,2,-2),=(0,2,-2).∴=(2λ,2λ,-2λ).?

=+=(-2+2λ,2λ,2-2λ).令·=0,

设2·2λ-2(2-2λ)=0,?

解得λ=.?

∴当λ=,即点Q是线段PB中点时,有AQPC.?

又∵PD⊥平面ABCDADCD,?

ADPC.?

∴当点E是线段PB中点时,有PC⊥平面ADQ.?


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