Question

（2013•杭州二模）如圖，已知在四棱錐P-ABCD中，底面ABCD是平行四邊形，PA⊥平面ABCD，PA=

3

，AB=1．AD=2．∠BAD=120°，E，F(xiàn)，G，H分別是BC，PB，PC，AD的中點(diǎn)．
（Ⅰ）求證：PH∥平面GED；
（Ⅱ）過(guò)點(diǎn)F作平面α，使ED∥平面α，當(dāng)平面α⊥平面EDG時(shí)，設(shè)PA與平面α交于點(diǎn)Q，求PQ的長(zhǎng)．

Answer 1

分析：（I）連接HC，交ED于點(diǎn)N，連接GN．由平行四邊形的性質(zhì)和三角形的中位線定理即可得到GN∥PH，再利用線面平行的判定定理即可證明；
（II）方法一：通過(guò)建立空間直角坐標(biāo)系，利用平面GED⊥平面α?兩個(gè)平面的法向量

n1

•

n2

=0，求得Q的坐標(biāo)，進(jìn)而取得|PQ|的長(zhǎng)．
方法二：連接BH，則BH∥ED，及PB∥GE，可得平面PBH∥平面GED；利用三角形懂得中位線定理可得FM∥BK；利用菱形的性質(zhì)可得AE⊥BK，再利用線面垂直的判定和性質(zhì)定理可得BK⊥平面PAK，F(xiàn)M⊥平面PAK；過(guò)M作MQ⊥PK，交PA于Q，設(shè)MQ與FM所確定的平面為α，可得ED∥BH∥FM，ED∥平面α，又平面α⊥平面PBH，可得平面α⊥平面EDG．得平面α滿足條件．利用已知可得PA、AK、PK，再利用

PQ

PK

=

PM

PA

，即可得到PQ．

解答：（Ⅰ）證明：連接HC，交ED于點(diǎn)N，連接GN，
∵DHEC是平行四邊形，∴N是線段HC的中點(diǎn)，又G是PC的中點(diǎn)，
∴GN∥PH，
又∵GN?平面GED，PH?平面GED，
∴PH∥平面GED．
（Ⅱ） 方法1：連接AE，∵∠BAD=120°，∴△ABE是等邊三角形，
設(shè)BE的中點(diǎn)為M，以AM、AD、AP分別為x，y，z軸建立空間直角坐標(biāo)系．
則B（

3

2

，-

1

2

，0），C（

3

2

，

3

2

，0），D（0，2，0），P（0，0，

3

），
則E（

3

2

，

1

2

，0），F(xiàn)（

3

4

，-

1

4

，

3

2

），G（

3

4

，

3

4

，

3

2

）．
設(shè)Q（0，0，t），

ED

=(-

3

2

，

3

2

，0)，

DG

=(

3

4

，-

5

4

，

3

2

)．
設(shè)

n1

=(x1，y1，z1)是平面GED的一個(gè)法向量，
則

n1 • ED =- 3 2 x1+ 3 2 y1=0 n1 • DG = 3 4 x1- 5 4 y1+ 3 2 z1=0

，得

x1= 3 y1 z1= 3 3 y1

，
令y₁=1∴

n1

=(

3

，1，

3

3

)．
設(shè)

n2

=(x2，y2，z2)是平面α的一個(gè)法向量，
則

n2 • ED =- 3 2 x2+ 3 2 y2=0 n2 • QF = 3 4 x2- 1 4 y2+( 3 2 -t)z2=0

，得

x2= 3 y2 z2= 1 2t- 3 y2

，令y₂=1，得

n2

=(

3

，1，

1

2t- 3

)，
當(dāng)平面GED⊥平面α?xí)r，

n1

•

n2

=3+1+

3

3

•

1

2t- 3

=0，
得t=

11

8 3

=

11 3

24

，則PQ的長(zhǎng)為

3

-

11 3

24

=

13 3

24

．
方法2：連接BH，則BH∥ED，又∵PB∥GE，∴平面PBH∥平面GED，
設(shè)BH與AE交于點(diǎn)K，PK的中點(diǎn)為M，
∵F是PB的中點(diǎn)，∴FM∥BK，
∵ABEH是菱形，∴AE⊥BK，
∵PA⊥平面ABCD，∴PA⊥BK，∴BK⊥平面PAK．
∴FM⊥平面PAK，
過(guò)M作MQ⊥PK，交PA于Q，設(shè)MQ與FM所確定的平面為α，
∵ED∥BH∥FM，∴ED∥平面α，又平面α⊥平面PBH，∴平面α⊥平面EDG．
得平面α滿足條件．
∵PA=

3

，AK=

1

2

，∴PK=

3+ 1 4

=

13

2

，
由

PQ

PK

=

PM

PA

，
得PQ=

PK•PM

PA

=

13 2 • 13 4

3

=

13 3

24

．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了線面平行于垂直、面面平行與垂直、建立空間直角坐標(biāo)系得出二面角的法向量、平行四邊形的性質(zhì)、三角形的中位線定理等基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能，考查了空間想象能力、推理能力與計(jì)算能力．