Question

已知正方形ABCD的邊長為1，分別取邊BC、CD的中點E、F，連接AE、EF、AF，以AE、EF、FA為折痕，折疊使點B、C、D重合于一點P．
（1）求證：AP⊥EF；
（2）求證：平面APE⊥平面APF；
（3）求異面直線PA和EF的距離．

Answer 1

【答案】分析：（1）這是一個“折疊問題”，需抓住不變的線線垂直關系、長度關系．比如：∠APE=∠APF=90°，PE∩PF=P，所以PA⊥平面PEF．
又因為EF?平面PEF，所以PA⊥EF．
（2）由長度關系易得：∠EPF=90°，且∠APE=90°，AP∩PF=P，所以PE⊥平面APF．又PE?平面PAE，所以平面APE⊥平面APF．
（3）求異面直線的距離是立體幾何的一個難點，其主要原因是公垂線段較難找，本題可以采用“線面距離法”：即選擇異面直線中的一條，過它作另一條直線的平行平面，則此直線與平面的距離即為所求異面直線間的距離．在面PEF中，作PG⊥EF，垂足為G，
則PG是AP與EF的公垂線．在等腰Rt△PEF中，進一步可以求得PG的長度．
解答：（1）證明：如圖，∵∠APE=∠APF=90°，
PE∩PF=P，∴PA⊥平面PEF．
∵EF?平面PEF，∴PA⊥EF．
（2）證明：∵∠APE=∠EPF=90°，
AP∩PF=P，∴PE⊥平面APF．又PE?平面PAE，
∴平面APE⊥平面APF．
（3）解：在面PEF中，作PG⊥EF，垂足為G，
∵AP與面PEF垂直，PG?平面PEF，
∴AP⊥PG，PG⊥EF，PG是AP與EF的公垂線．
在等腰Rt△PEF中，PE=PF=，∠EPF=90°，∴PG=EG=．
點評：本小題考查空間中的線面關系及面面關系，異面直線的距離、解三角形等基礎知識考查空間想象能力和思維能力．