如图,三棱锥 $P-ABC$ 中,平面 $PAC\perp $ 平面 $ABC$,$\angle ABC=\dfrac{\pi}2$,点 $D,E$ 在线段 $AC$ 上,且 $AD=DE=EC=2$,$PD=PC=4$,点 $F$ 在线段 $AB$ 上,且 $EF\parallel BC$.
【难度】
【出处】
2015年高考重庆卷(文)
【标注】
  • 知识点
    >
    立体几何
    >
    空间位置关系
    >
    空间的垂直关系
    >
    线面垂直
  • 知识点
    >
    立体几何
    >
    空间几何体
    >
    空间几何体的形体分析
    >
    空间几何体的体积
  1. 证明:$AB\perp$ 平面 $PFE$;
    标注
    • 知识点
      >
      立体几何
      >
      空间位置关系
      >
      空间的垂直关系
      >
      线面垂直
    答案
    解析
    在 $\triangle PCD$ 中,$PD=PC$,$DE=EC$,于是 $PE\perp CD$.
    又平面 $PAC \perp$ 平面 $ABC$,且两平面的交线为 $AC$,于是 $PE\perp$ 平面 $ABC$,进而 $PE\perp AB$.
    在 $\triangle ABC$ 中,$EF\parallel BC$,而 $AB\perp BC$,因此 $AB\perp EF$.
    综上,$AB$ 垂直于平面 $PFE$ 中的两条相交直线 $PE$ 和 $EF$,因此 $AB\perp $ 平面 $PEF$.
  2. 若四棱锥 $P-DFBC$ 的体积为 $7$,求线段 $BC$ 的长.
    标注
    • 知识点
      >
      立体几何
      >
      空间几何体
      >
      空间几何体的形体分析
      >
      空间几何体的体积
    答案
    $3$ 或 $3\sqrt 3$
    解析
    根据第 $(1)$ 小题的结论,线段 $PE$ 是四棱锥 $P-DFBC$ 的高,且 $PE=2\sqrt 3$,因此由四棱锥 $P-DFBC$ 的体积为 $7$ 可得底面 $DFBC$ 的面积为 $\dfrac{7\sqrt 3}2$.
    在底面 $ABC$ 上有$$S_{\triangle FAD}=S_{\triangle FDE},\dfrac{S_{\triangle AEF}}{S_{\triangle ABC}}=\left(\dfrac {AE}{AC}\right)^2=\dfrac 49,$$于是$$\dfrac{S_{DFBC}}{S_{\triangle ABC}}=\dfrac 79,$$因此 $\triangle ABC$ 的面积为 $\dfrac{9\sqrt 3}2$.
    这样我们就得到了方程$$\dfrac 12BC\cdot\sqrt{AC^2-BC^2}=\dfrac{9\sqrt 3}2,$$解得 $BC=3$ 或 $BC=3\sqrt 3$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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