如图,在四棱锥P ABCD- 中,底面ABCD为平行四边形…——2019 高考数学第 17 题答案解析

2019_天津卷

2019 天津 第 17 题 解答题 区分题
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17. 如图,在四棱锥P ABCD- 中,底面ABCD为平行四边形, $\triangle P C D$ 为等边三角形,平面PAC ^平面PCD, $P A \perp C D$ ,CD = 2, AD = 3,

(Ⅰ)设G H, 分别为PB AC, 的中点,求证: $G H / /$ 平面 PAD ;

(Ⅱ)求证: $P A \perp$ 平面 PCD;

(Ⅲ)求直线AD与平面PAC 所成角的正弦值.

17. 如图,在四棱锥 $P - A B C D$ 中,底面ABCD为平行四边形, $\triangle P C D$ 为等边三角形,平面 $P A C \perp$ 平面PCD, $P A \perp C D$ ,CD = 2, AD = 3,

(Ⅰ)设G H, 分别为 PB AC, 的中点,求证:GH∥平面 $P A D$

(Ⅱ)求证: $P A \perp$ 平面 $P C D$

(Ⅲ)求直线AD与平面 $P A C$ 所成角的正弦值.

参考答案

(I)见解析;(II)见解析;(III) $\frac { \sqrt { 3 } } { 3 }$

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完整解析 · 逐步详解

(Ⅰ)连接 $BD$。
因为底面 $ABCD$ 为平行四边形,所以对角线互相平分,即 $H$ 为 $BD$ 的中点。
又已知 $G$ 为 $PB$ 的中点,所以在 $\triangle PBD$ 中,$GH$ 为中位线,故 $GH \parallel PD$。
因为 $GH \not\subset$ 平面 $PAD$,且 $PD \subset$ 平面 $PAD$,
所以 $GH \parallel$ 平面 $PAD$。

(Ⅱ)取 $PC$ 的中点 $N$,连接 $DN$。
因为 $\triangle PCD$ 为等边三角形,所以 $DN \perp PC$。
因为平面 $PAC \perp$ 平面 $PCD$,且平面 $PAC \cap$ 平面 $PCD = PC$,
根据面面垂直的性质定理,可得 $DN \perp$ 平面 $PAC$。
因为 $PA \subset$ 平面 $PAC$,所以 $DN \perp PA$。
又已知 $PA \perp CD$,且 $CD \cap DN = D$,$CD, DN \subset$ 平面 $PCD$,
所以 $PA \perp$ 平面 $PCD$。

()由(Ⅱ)可知 $DN \perp$ 平面 $PAC$,连接 $AN$。
则 $AN$ 为直线 $AD$ 在平面 $PAC$ 上的射影,故 $\angle DAN$ 即为直线 $AD$ 与平面 $PAC$ 所成的角。
在 Rt$\triangle AND$ 中,$\angle AND = 90^\circ$。
因为 $\triangle PCD$ 是边长为 2 的等边三角形,$N$ 为 $PC$ 中点,
所以 $DN = \frac{\sqrt{3}}{2} \times 2 = \sqrt{3}$。
已知 $AD = 3$,
所以 $\sin \angle DAN = \frac{DN}{AD} = \frac{\sqrt{3}}{3}$。
即直线 $AD$ 与平面 $PAC$ 所成角的正弦值为 $\frac{\sqrt{3}}{3}$。

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