三、解答题
(19)(本小题满分13分)
如图,在四棱锥中,底面,为直角,
,、分别为、CD的中点。
(Ⅰ)试证:平面;
(Ⅱ)设PA=K·AB,且二面角的平面角大于,求的取值范围。
解法一:
(I)证:由已知且为直角,故是矩形,从而,
又底面,,故由三垂线定理知,在中,
、分别为、的中点,故,从而,
由此得面.
(II)连接AC交BF于G,易知G为AC的中点,连接EG,则在中易知
EGPA,又因PA底面ABCD,故EG底面ABCD,在底面ABCD中,过G作
GHBD,垂足为H,连接EH,由三垂线定理知EHBD,从而为二面
角E-BD-C的平面角。
设,则在中,有
以下计算,考虑底面的平面图(如答(19)图2)。连接,
因
故
在中,因得而
从而得
因此
由知是锐角,故要使,必须
解之得,的取值范围为
解法二:
(I)如图,以为原点,所在直线为轴,所在直线为y轴,所在
直线为轴建立,空间直角坐标系,设,则易知点的
坐标分别为
从而
故
设则而为中点,故
从而
故
由此得面.
(II)设在平面上的射影为,过作垂足为,
由三垂线定理知,从而为二面角的平面角。
由得,
设,则,
由得,即
①
又因,且与的方向相同,故,即
②
由①②解得,从而,
由知是锐角,由,得,即
故的取值范围为
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