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如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,底面ABCD为正方形,PD=DC,F是PB的中点.

(1)求证:DF⊥AP;
(2)在线段AD上是否存在点G,使GF⊥平面PBC?若存在,说明点G的位置,并证明你的结论;若不存在,请说明理由.
人气:109 ℃ 时间:2019-11-12 13:27:01
解答
证明:(1)取AB中点E,连接EF,DE
∵E,F分别是AB,PB的中点,
∴EF∥AP,
∴AP 和DF所成的角即为EF和DF所成的角,即∠DFE或其补角;
由已知四边形ABCD是正方形,
假设PD=DC=a,
则有DB=
2
a,PB=
3
a,DF=
3
2
a
AE=
a
2
,DE=
5
2
a,PA=
2
a,EF=
2
2
a

∴cos∠DFE=
DF2+EF2-DE2
2DF•EF
=0,
∴DF⊥EF,∴DF⊥AP.
(2) G是AD的中点时,GF⊥平面PCB.
证明如下:取PC中点H,连接DH,HF.
∵PD=DC,∴DH⊥PC.
又∵BC⊥平面PDC,∴DH⊥BC,
∵DH⊥PC,DH⊥BC,PC∩BC=C,PC,BC⊂平面PBC
∴DH⊥平面PCB.                           
HF∥BC,且HF=
1
2
BC
,∴HF
.
GD,
∴四边形DGFH为平行四边形,DH∥GF,
∴GF⊥平面PCB.
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