(13 分)如图,在四棱锥 P﹣ABCD 中,AB∥CD,…——2013 高考数学第 17 题答案解析

2013_北京 Paper

2013 Beijing Question 17 Free-response Differentiating
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17.(13 分)如图,在四棱锥 P﹣ABCD 中,AB∥CD,AB⊥AD,$CD=2AB$,平面PAD⊥底面 ABCD,PA⊥AD.E 和 F 分别是 CD 和 PC 的中点,求证:

(Ⅰ)PA⊥底面ABCD;

(Ⅱ)BE∥平面PAD;

(Ⅲ)平面BEF⊥平面PCD

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(Ⅰ)证明:
因为平面 $PAD \perp$ 平面 $ABCD$,且两平面的交线为 $AD$,
又已知 $PA \subset$ 平面 $PAD$,且 $PA \perp AD$,
根据面面垂直的性质定理,可得 $PA \perp$ 平面 $ABCD$。

(Ⅱ)证明:
因为 $AB \parallel CD$,且 $CD = 2AB$,$E$ 为 $CD$ 的中点,
所以 $DE = \frac{1}{2}CD = AB$,且 $DE \parallel AB$。
所以四边形 $ABED$ 为平行四边形,故 $BE \parallel AD$。
又因为 $AD \subset$ 平面 $PAD$,$BE \not\subset$ 平面 $PAD$,
所以 $BE \parallel$ 平面 $PAD$。

(Ⅲ)证明:
由(Ⅱ)知四边形 $ABED$ 为平行四边形,又因为 $AB \perp AD$,
所以四边形 $ABED$ 为矩形,故 $BE \perp CD$。
由(Ⅰ)知 $PA \perp$ 平面 $ABCD$,因为 $CD \subset$ 平面 $ABCD$,所以 $PA \perp CD$。
又因为 $AB \perp AD$,$AB \parallel CD$,所以 $CD \perp AD$。
因为 $PA \cap AD = A$,$PA, AD \subset$ 平面 $PAD$,
所以 $CD \perp$ 平面 $PAD$。
因为 $PD \subset$ 平面 $PAD$,所以 $CD \perp PD$。
在 $\triangle PCD$ 中,$E, F$ 分别是 $CD, PC$ 的中点,所以 $EF \parallel PD$。
因为 $CD \perp PD$,所以 $CD \perp EF$。
综上,$CD \perp BE$,$CD \perp EF$,且 $BE \cap EF = E$,$BE, EF \subset$ 平面 $BEF$,
所以 $CD \perp$ 平面 $BEF$。
又因为 $CD \subset$ 平面 $PCD$,
所以平面 $BEF \perp$ 平面 $PCD$。

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