如图,AB是圆O的直径,点C是圆O上异于A、B的点,直线PC⊥平面ABC,E,F分别为PA,PC的中点.

如图,AB是圆O的直径,点C是圆O上异于A、B的点,直线PC⊥平面ABC,E,F分别为PA,PC的中点.
(Ⅰ)记平面BEF与平面ABC的交线为l,试判断l与平面PAC的位置关系,并加以说明;
(Ⅱ)设(Ⅰ)中的直线l与圆O的另一个交点为D,且点Q满足
DQ
1
2
CP
,记直线PQ与平面ABC所成的角为θ,异面直线PQ与EF所成的锐角为α,二面角E-l-C的大小为β,
①求证:sinθ=sinα•sinβ.
②当点C为弧AB的中点时,PC=AB,求直线DQ与平面BEF所成的角的正弦值.
puyang 1年前 已收到1个回答 举报

顾白衣 幼苗

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解题思路:(I)由已知条件推导出EF∥AC,从而得到EF∥平面ABC,由此能证明l∥平面PAC.
(II)①过B作AC的平行线BD,交线l即为直线BD,且l∥AC,由已知条件推导出∠CBF=β,∠CDF=θ,∠BDF=α,由此能证明sinθ=sinαsinβ;
②因为DQ∥CP,所以直线DQ与平面BEF所成的角就为CF与平面BEF所成的角,过点C作CG⊥BF,垂足为G,证明∠CFB就是直线CF与平面BEF所成的角,即可得出结论.

(Ⅰ)直线l∥平面PAC,
证明如下:连接EF,
因为E,F分别是PA,PC的中点,所以EF∥AC.
又EF⊄平面ABC,且AC⊂平面ABC,所以EF∥平面ABC.
而EF⊂平面BEF,且平面BEF∩平面ABC=l,所以EF∥l.
因为l⊄平面PAC,EF⊂平面PAC,所以直线l∥平面PAC..4分
(Ⅱ)①证明:如图,连接BD,由(Ⅰ)可知交线l即为直线BD,且l∥AC.
因为AB是⊙O的直径,所以AC⊥BC,于是l⊥BC.
已知PC⊥平面ABC,而l⊂平面ABC,所以PC⊥l.
而PC∩BC=C,所以l⊥平面PBC.
连接BE,BF,
因为BF⊂平面PBC,所以l⊥BF.
故∠CBF就是二面角E-l-C的平面角,即∠CBF=β.


DQ=
1
2

CP,作DQ∥CP,且DQ=
1
2CP.
连接PQ,DF,
因为F是CP的中点,CP=2PF,所以DQ=PF,
从而四边形DQPF是平行四边形,PQ∥FD.
连接CD,因为PC⊥平面ABC,所以CD是FD在平面ABC内的射影,
故∠CDF就是直线PQ与平面ABC所成的角,即∠CDF=θ.
又BD⊥平面PBC,有BD⊥BF,知∠BDF为锐角,
故∠BDF为异面直线PQ与EF所成的角,即∠BDF=α,8 分
于是在Rt△DCF,Rt△FBD,Rt△BCF中,分别可得sinθ=
CF
DF,sinα=
BF
DF,sinβ=
CF
BF,
从而sinαsinβ=
CF
BF•
BF
DF=
CF
DF=sinθ,即sinθ=sinαsinβ.9分
②因为DQ∥CP,所以直线DQ与平面BEF所成的角就为CF与平面BEF所成的角
过点C作CG⊥BF,垂足为G,
因为BD⊥平面PBC,所以BD⊥CG,
又BD∩BF=B,所以CG⊥平面BEF
故∠CFB就是直线CF与平面BEF所成的角,sin∠CFB=

6
3,
故直线DQ与平面BEF所成的角的正弦值为

6
313分

点评:
本题考点: 点、线、面间的距离计算;直线与平面所成的角;与二面角有关的立体几何综合题.

考点点评: 本题考查直线与平面的位置关系的判断与证明,考查三角函数正弦值相等的证明,解题时要认真审题,注意空间思维能力的培养.

1年前

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