(12 分) 如图,在四棱锥 P-ABCD 中,PA⊥CD…——2016 高考数学第 17 题答案解析

2016_省自主命题(四川)

2016 Sichuan Question 17 Free-response Differentiating
2016_省自主命题(四川)

17、(12 分)

如图,在四棱锥 P-ABCD 中,PA⊥CD,AD∥BC, $\angle A \mathrm { D C } = \angle \mathrm { P A B } = 9 0 ^ { \circ }$ $B C = C D = { \frac { 1 } { 2 } } A D$

(I)在平面PAD内找一点M,使得直线CM∥平面PAB,并说明理由;

(II)证明:平面 $\mathrm { P A B \perp }$ 平面 PBD.

Answer key

(Ⅰ)取棱AD的中点M 证明详见解析;(Ⅱ)证明详见解析

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完整解析 · 逐步详解

(I)取棱 $AD$ 的中点 $M$,点 $M$ 即为所求。
理由如下:
因为 $AD // BC$,且 $BC = \frac{1}{2}AD$, $M$ 为 $AD$ 中点,
所以 $AM = \frac{1}{2}AD$,即 $BC = AM$。
又 $BC // AM$,
所以四边形 $AMCB$ 为平行四边形,
所以 $CM // AB$。
因为 $AB \subset$ 平面 $PAB$, $CM \not\subset$ 平面 $PAB$,
所以 $CM //$ 平面 $PAB$。
又 $M \in AD \subset$ 平面 $PAD$,符合题意。

(II)证明:
由已知 $\angle PAB = 90^{\circ}$,即 $PA \perp AB$。
又已知 $PA \perp CD$。
在梯形 $ABCD$ 中, $AD // BC$ 且 $BC = \frac{1}{2}AD \neq AD$,
所以直线 $AB$ 与 $CD$ 必相交。
因为 $PA$ 垂直于平面 $ABCD$ 内的两条相交直线 $AB$ 和 $CD$,
所以 $PA \perp$ 平面 $ABCD$。
因为 $BD \subset$ 平面 $ABCD$,
所以 $PA \perp BD$。

取 $AD$ 的中点 $M$,连接 $BM$。
因为 $BC // AD$ 且 $BC = \frac{1}{2}AD = MD$,
所以四边形 $BCDM$ 为平行四边形,
所以 $BM = CD$。
又已知 $CD = \frac{1}{2}AD$,
所以 $BM = \frac{1}{2}AD = AM = MD$。
在 $\triangle ABD$ 中, $BM$ 为边 $AD$ 上的中线,且 $BM = \frac{1}{2}AD$,
所以 $\triangle ABD$ 为直角三角形,且 $\angle ABD = 90^{\circ}$,即 $AB \perp BD$。

因为 $PA \perp BD$, $AB \perp BD$,且 $PA \cap AB = A$, $PA, AB \subset$ 平面 $PAB$,
所以 $BD \perp$ 平面 $PAB$。
又 $BD \subset$ 平面 $PBD$,
所以平面 $PAB \perp$ 平面 $PBD$。

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