Question

如圖1，在三棱錐P-ABC中，PA⊥平面ABC，AC⊥BC，D為側(cè)棱PC上一點(diǎn)，它的正（主）視圖和側(cè)（左）視圖如圖2所示．

（Ⅰ）證明：AD⊥平面PBC；
（Ⅱ）求三棱錐D-ABC的體積；
（Ⅲ）在∠ACB的平分線上確定一點(diǎn)Q，使得PQ∥平面ABD，并求此時(shí)PQ的長(zhǎng)．

Answer 1

【答案】分析：（Ⅰ）證明AD垂直平面PBC內(nèi)的兩條相交直線PC、BC，即可證明AD⊥平面PBC；
（Ⅱ）求出三棱錐的底面ABC的面積，求出高BC，再求三棱錐D-ABC的體積；
（Ⅲ）取AB的中點(diǎn)O，連接CO并延長(zhǎng)至Q，使得CQ=2CO，點(diǎn)Q即為所求，證明PQ平行平面ABD內(nèi)的直線OD，即可證明PQ∥平面ABD，在直角△PAQ中，求此時(shí)PQ的長(zhǎng)．
解答：解：（Ⅰ）因?yàn)镻A⊥平面ABC，所以PA⊥BC，
又AC⊥BC，所以BC⊥平面PAC，（2分）
所以BC⊥AD．（3分）
由三視圖可得，在△PAC中，PA=AC=4，D為PC中點(diǎn)，所以AD⊥PC，（4分）
所以AD⊥平面PBC，（5分）
（Ⅱ）由三視圖可得BC=4，
由（Ⅰ）知∠ADC=90°，BC⊥平面PAC，
又三棱錐D-ABC的體積即為三棱錐B-ADC的體積，（7分）
所以，所求三棱錐的體積．（9分）
（Ⅲ）取AB的中點(diǎn)O，連接CO并延長(zhǎng)至Q，使得CQ=2CO，點(diǎn)Q即為所求．（10分）
因?yàn)镺為CQ中點(diǎn)，所以PQ∥OD，
因?yàn)镻Q?平面ABD，OD?平面ABD，
所以PQ∥平面ABD，（12分）
連接AQ，BQ，四邊形ACBQ的對(duì)角線互相平分，
所以ACBQ為平行四邊形，
所以AQ=4，又PA⊥平面ABC，
所以在直角△PAQ中，．（14分）
點(diǎn)評(píng)：本題考查由三視圖求面積、體積，直線與平面平行的性質(zhì)，直線與平面垂直的判定，考查空間想象能力，邏輯思維能力，計(jì)算能力，是中檔題．