(2013?湖北)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分别是PA,PC的中点
(2013?湖北)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分别是PA,PC的中点.(Ⅰ)记平面BEF与平面ABC的交线为l,试判断...
(2013?湖北)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分别是PA,PC的中点.(Ⅰ)记平面BEF与平面ABC的交线为l,试判断直线l与平面PAC的位置关系,并加以证明;(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=12CP.记直线PQ与平面ABC所成的角为θ,异面直线PQ与EF所成的角为α,二面角E-l-C的大小为β.求证:sinθ=sinαsinβ.
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解:(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.
(Ⅱ)(综合法)如图1,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.
由
=
,作DQ∥CP,且DQ=
CP.
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=α,
于是在Rt△DCF,Rt△FBD,Rt△BCF中,分别可得sinθ=
,sinα=
,sinβ=
,
从而sinαsinβ=
?
=
=sinθ,即sinθ=sinαsinβ.
(Ⅱ)(向量法)如图2,由
=
,作DQ∥CP,且DQ=
CP.
连接PQ,EF,BE,BF,BD,由(Ⅰ)可知交线l即为直线BD.
以点C为原点,向量
,
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.
(Ⅱ)(综合法)如图1,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.
由
DQ |
1 |
2 |
CP |
1 |
2 |
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=α,
于是在Rt△DCF,Rt△FBD,Rt△BCF中,分别可得sinθ=
CF |
DF |
BF |
DF |
CF |
BF |
从而sinαsinβ=
CF |
BF |
BF |
DF |
CF |
DF |
(Ⅱ)(向量法)如图2,由
DQ |
1 |
2 |
CP |
1 |
2 |
连接PQ,EF,BE,BF,BD,由(Ⅰ)可知交线l即为直线BD.
以点C为原点,向量
CA |
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