高考解析



例、(江西卷)在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,PA=AD=4,AB=2.以AC的中点O为球心、AC为直径的球面交PD于点M,交PC于点N.

(1)求证:平面ABM⊥平面PCD;

(2)求直线CD与平面ACM所成的角的大小;

(3)求点N到平面ACM的距离.

解析:

  解法一:(1)依题设知,AC是所作球面的直径,

  则AM⊥MC.又因为PA⊥平面ABCD,则PA⊥CD.

  又CD⊥AD,所以CD⊥平面PAD,则CD⊥AM,

  所以AM⊥平面PCD,所以平面ABM⊥平面PCD.

  (2)由(1)知,AM⊥PD,又PA=AD,则M是PD的中点,

  可得AM=2且M到平面ABCD的距离为2,

  

  则

  设D到平面ACM的距离为h,由

  即2h=8,可求得

  设所求角为θ,则sinθ=

  (3)可求得PC=6.因为AN⊥NC,由

  得PN=,所以NC∶PC=5∶9.

  故N点到平面ACM的距离等于P点到平面ACM距离的

  又因为M是PD的中点,则P、D到平面ACM的距离相等,

  由(2)可知所求距离为

  解法二:(1)同解法一:

  (2)如图所示,建立空间直角坐标系,则A(0,0,0),P(0,0,4),B(2,0,0),C(2,4,0),D(0,4,0),M(0,2,2);

  设平面ACM的一个法向量n=(x,y,z),

  由可得令z=1,则n=(2,-1,1).

  设所求角为α,则sinα=

  所求角的大小为arcsin.

  (3)由条件可得,AN⊥NC,在Rt△PAC中,

  所以PN=

  则NC=PC-PN=

  所求距离等于点P到平面ACM距离的

  设点P到平面ACM的距离为h,

  则h=,所以所求距离为

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