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如图,PCBM是直角梯形,∠PCB=90°,PM∥BC,PM=1,BC=2,又A...

如图,PCBM是直角梯形,∠PCB=90°,PM∥BC,PM=1,BC=2,又AC=1,∠ACB=120°,AB⊥PC,直线AM与直线PC所成的角为60°.
(Ⅰ)求证:平面PAC⊥平面ABC;
(Ⅱ)求二面角M-AC-B的大小;
(Ⅲ)求三棱锥P-MAC的体积.

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法一(Ⅰ)通过证明PC⊥平面ABC,证明平面PAC⊥平面ABC; (Ⅱ)取BC的中点N,则CN=1,连接AN,MN,说明∠MHN为二面角M-AC-B的平面角,解三角形求二面角M-AC-B的大小; (Ⅲ)三棱锥P-MAC的体积,转化VP-MAC=VA-PCM=VA-MNC=VM-ACN,求出底面ACN的面积,求出高MN即可. 法二(Ⅱ)在平面ABC内,过C作CD⊥CB,建立空间直角坐标系C-xyz,求出平面MAC的一个法向量为, 平面ABC的法向量取为=({0,0,1})利用,解答即可. (Ⅲ)取平面PCM的法向量取为=({1,0,0}),则点A到平面PCM的距离,求出体积即可. 解法一: (Ⅰ)∵PC⊥AB,PC⊥BC,AB∩BC=B, ∴PC⊥平面ABC, 又∵PC⊂平面PAC, ∴平面PAC⊥平面ABC. (Ⅱ)取BC的中点N,则CN=1,连接AN,MN, ∵PMCN,∴MNPC,从而MN⊥平面ABC 作NH⊥AC,交AC的延长线于H,连接MH,则由三垂线定理知,AC⊥NH, 从而∠MHN为二面角M-AC-B的平面角 直线AM与直线PC所成的角为60 ∴∠AMN=60° 在△ACN中,由余弦定理得AN=; 在△AMN中,MN=AN•cot∠AMN==1; 在△CNH中,NH=CN•sin∠NCH=1×; 在△MNH中,MN=tan∠MHN=; 故二面角M-AC-B的平面角大小为arctan. (Ⅲ)由(Ⅱ)知,PCMN为正方形 ∴VP-MAC=VA-PCM=VA-MNC=VM-ACN= 解法二:(Ⅰ)同解法一 (Ⅱ)在平面ABC内,过C作CD⊥CB,建立空间直角坐标系C-xyz(如图) 由题意有,设P(0,0,z)(z>0), 则M(0,1,z), 由直线AM与直线PC所成的解为60°,得,即z2=,解得z=1 ∴,设平面MAC的一个法向量为, 则,取x1=1,得, 平面ABC的法向量取为, 设与所成的角为θ,则cosθ=, 显然,二面角M-AC-B的平面角为锐角, 故二面角M-AC-B的平面角大小为arccos. (Ⅲ)取平面PCM的法向量取为,则点A到平面PCM的距离h=, ∵|=1,∴VP-MAC=VA-PCM═.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
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