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2018年高考数学新课标1--理18

(2018新课标Ⅰ卷计算题)

如图,四边形$ABCD$为正方形,$E$,$F$分别为$AD$,$BC$的中点,以$DF$为折痕把$\triangle DFC$折起,使点$C$到达点$P$的位置,且$PF\perp BF$。

(1)证明:$平面PEF \perp 平面ABFD$;

(2)求$DP$与$平面ABFD$所成角的正弦值。

【出处】
2018年普通高等学校招生全国统一考试(新课标Ⅰ卷):理数第18题
【答案】

(1)证明:由题意,点$E$、$F$分别是$AD$、$BC$的中点,

则$AE=\dfrac{1}{2}AD$,$BF=\dfrac{1}{2}BC$,

由于四边形$ABCD$为正方形,所以$EF \perp BC$。

由于$PF \perp BF$,$EF \cap PF=F$,则$BF \perp 平面PEF$。

又因为$BF \subset 平面ABFD$,所以$平面PEF \perp 平面ABFD$。

(2)在$平面DEF$中,过$P$作$PH \perp EF$于点$H$,连接$DH$。

由于$EF$为面$ABCD$和面$PEF$的交线,$PH \perp EF$,

则$PH \perp 面ABFD$,故$PH \perp DH$。

在三棱锥$P-DEF$中,可以利用等体积法求$PH$。

因为$DE // BF $且$PF \perp BF$,

所以$PF \perp DE$。

又因为$\triangle PDF \cong \triangle CDF$,

所以$\angle FPD =\angle FCD =90^\circ$,

所以$PF \perp PD$。

由于$DE \cap PD =D$,则$PF\perp 平面PDE$,

故$V_{F-PDE}=\dfrac{1}{3} PF \cdot S_{\triangle PDE}$。

因为$BF // DA$且$BF \perp 面PEF$,

所以$DA \perp 面PEF$

所以$DE \perp EP$。

设正方形边长为$2a$,则$PD=2a$,$DE=a$,

在$\triangle PDE$中,$PE=\sqrt{3}a$,

所以$S_{\triangle PDE}=\dfrac{\sqrt{3}}{2}a^2$,

$V_{F-PDE}=\dfrac{\sqrt{3}}{6}a^3$。

又因为$S_{\triangle DEF}=\dfrac{1}{2} a \cdot 2a=a^2$,

所以$PH=\dfrac{3V_{F-PDE}}{a^2}=\dfrac{\sqrt{3}}{2}a$,

所以在$\triangle PHD$中,$\sin \angle PDH =\dfrac{PH}{PD}=\dfrac{\sqrt{3}}{4}$,

即$\angle PDH$为$DP$与面$ABFD$的夹角的正弦值为$\dfrac{\sqrt{3}}{4}$。

【解析】

本题主要考查点、直线、平面的位置关系和空间几何体。

(1)利用正方形的性质可得$BF$垂直于面$PEF$。

(2)利用等体积法可求出点$P$到面$ABCD$的距离,进而求出线面角。

【考点】
空间几何体点、直线、平面的位置关系
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