精英家教網(wǎng)在三棱錐P-ABC中,PA⊥平面ABC.
(1)若∠BAC=
π3
,AB=AC=PA=2,E、F分別為棱AB、PC的中點,求線段EF的長;
(2)求證:“∠PBC=90°”的充要條件是“平面PBC⊥平面PAB”.
分析:(1)取AC的中點O,連接EO,F(xiàn)O.由三角形中位線定理及線面垂直的性質(zhì),結(jié)合PA⊥平面ABC,可得FO⊥EO,進而判斷出△ABC是等邊三角形,由O,E分別為線段AC,AB的中點,解三角形EOF,即可得到答案.
(2)結(jié)合已知條件,先證明若∠PBC=90°,則平面PBC⊥平面PAB,即必要性,再證明若平面PBC⊥平面PAB,則∠PBC=90°,即充分性,即可得到:“∠PBC=90°”的充要條件是“平面PBC⊥平面PAB”.
解答:精英家教網(wǎng)解:(1)取AC的中點O,連接EO,F(xiàn)O.
因為F為棱的中點,所以FO∥PA,且FO=
1
2
PA=1
,
因為PA⊥平面ABC,EO?平面ABC,所以PA⊥EO
所以FO⊥EO.----------(3分)
因為∠BAC=
π
3
,AB=AC=2,所以△ABC是邊長為2的等邊三角形.
所以BC=2,因為O,E分別為線段AC,AB的中點,
所以EO=
1
2
BC=1
.----------(5分)
因此在直角三角形EOF中,EF=
OE2+OF2
=
2
.----------(6分)
證明:(2)(必要性,即先證明命題“若∠PBC=90°,則平面PBC⊥平面PAB”為真命題.)
因為PA⊥平面ABC,所以PA⊥BC.
又因為∠PBC=90°,即PB⊥BC,PA∩PB=P,所以BC⊥平面PAB.
又因為BC?平面PBC,所以平面PBC⊥平面PAB.----------(10分)
(充分性,即證明命題“若平面PBC⊥平面PAB,則∠PBC=90°”為真命題.)
在平面PAB內(nèi),過A作AD⊥BC,D為垂足.精英家教網(wǎng)
因為平面PBC⊥平面PAB,平面PBC∩平面PAB=PB.
所以AD⊥平面PBC,所以AD⊥BC.
因為PA⊥平面ABC,所以PA⊥BC.
又AD,PA?平面PAB,PA∩AD=A,所以BC⊥平面PAB.
所以BC⊥PB,即∠PBC=90°
綜上,“∠PBC=90°”的充要條件是“平面PBC⊥平面PAB”.-------(14分)
點評:本題考查的知識點是平面與平面垂直的判定,必要條件、充分條件與充要條件的判斷,其中證明充要條件的步驟,即先證明必要性,再證明充分性,進而綜合證明結(jié)果得到結(jié)論,一定要熟練掌握.
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如圖,在三棱錐P-ABC中,PA=PB=AB=
2
PC=
2
AC=
2
BC

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