Question

已知等腰梯形PDCB中（如圖1），PB=3，DC=1，PD=BC=，A為PB邊上一點(diǎn)，且PA=1，將△PAD沿AD折起，使面PAD⊥面ABCD（如圖2）．
（1）證明：平面PAD⊥平面PCD；
（2）試在棱PB上確定一點(diǎn)M，使截面AMC把幾何體分成的兩部分V_PDCMA：V_MABC=2：1．
（3）在M滿足（Ⅱ）的情況下，判斷直線AM是否平行面PCD．

Answer 1

【答案】分析：（I）依題意知：CD⊥AD，即可根據(jù)面面垂直的性質(zhì)定理可得：所以DC⊥平面PAD，再根據(jù)面面垂直的判定定理可得：平面PAD⊥平面PCD．
（II）根據(jù)（I）同理可得：PA⊥平面ABCD，可得平面PAB⊥平面ABCD．在AB上取一點(diǎn)N，MN⊥平面ABCD，設(shè)MN=h，再分別計(jì)算出V_PDCMA與V_MABC的數(shù)值，并且結(jié)合題意可得，所以M為PB的中點(diǎn)．
（III）根據(jù)題意作AQ⊥PD，所以是平面PCD的法向量．分別計(jì)算出，因?yàn)?img src="http://thumb.1010pic.com/pic6/res/gzsx/web/STSource/20131101225533226665400/SYS201311012255332266654017_DA/3.png">，所以．
解答：證明：（I）依題意知：CD⊥AD，并且CD?平面ABCD，平面PAD∩平面ABCD=AD，面PAD⊥面ABCD，
所以DC⊥平面PAD，
又因?yàn)镈C?平面PCD，
所以平面PAD⊥平面PCD．
（II）根據(jù)（I）同理可得：PA⊥平面ABCD，因?yàn)镻A?平面PAB，
∴平面PAB⊥平面ABCD．
在AB上取一點(diǎn)N，使得MN⊥AB，則MN⊥平面ABCD，
設(shè)MN=h
則=，
=，
所以要使V_PDCMA：V_MABC=2：1，即，
解得，
所以M為PB的中點(diǎn)．
（III）以A為原點(diǎn)，AD、AB、AP所在直線為x，y，z軸，
建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系

則A（0，0，0），B（0，2，0），C（1，1，0），D（1，0，0），
P（0，0，1），M（0，1，）
由（I）知平面PAD⊥平面PCD，作AQ⊥PD，
則AQ⊥平面PCD，則是平面PCD的法向量．
又因?yàn)椤鱌AD為等腰直角三角形，所以Q為PD的中點(diǎn)，即Q（），
所以，
因?yàn)?img src="http://thumb.1010pic.com/pic6/res/gzsx/web/STSource/20131101225533226665400/SYS201311012255332266654017_DA/15.png">，
所以，
所以AM與平面PCD不平行．
點(diǎn)評(píng)：解決此類問題的關(guān)鍵是熟練掌握幾何體的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而利用有關(guān)定理得到線面關(guān)系，以及建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系利用向量的有關(guān)運(yùn)算解決線面問題．