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《九章算术》中,将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为阳马,将四个面都为直角三角形的四面体称之为鳖臑.如图,在阳马P-ABCD中,侧棱PD⊥底面ABCD,且PD=CD,过棱PC的中
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《九章算术》中,将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为阳马,将四个面都为直角三角形的四面体称之为鳖臑.
如图,在阳马P-ABCD中,侧棱PD⊥底面ABCD,且PD=CD,过棱PC的中点E,作
EF⊥PB交PB于点F,连接DE,DF,BD,BE.

(1)证明:平面PBD⊥平面DEF.试判断四面体F-DBE是否为鳖臑,若是,写出其每个面的直角(只需写出结论);若不是,说明理由;
(2)若平面DEF与平面ABCD所成二面角的大小为60°,求
的值.
如图,在阳马P-ABCD中,侧棱PD⊥底面ABCD,且PD=CD,过棱PC的中点E,作
EF⊥PB交PB于点F,连接DE,DF,BD,BE.

(1)证明:平面PBD⊥平面DEF.试判断四面体F-DBE是否为鳖臑,若是,写出其每个面的直角(只需写出结论);若不是,说明理由;
(2)若平面DEF与平面ABCD所成二面角的大小为60°,求
| DA |
| AB |
▼优质解答
答案和解析
(1)证明:∵侧棱PD⊥底面ABCD,BC⊥DC,
∴BC⊥平面PCD,DE⊂平面PCD.
∴BC⊥DE.
∵PD=CD,E为棱PC的中点,∴DE⊥PC.
又PC∩DC=C,∴DE⊥平面PBC.
∴DE⊥PB,
又PB⊥EF,DE∩EF=E,
∴PB⊥平面DEF,又PB⊂平面PBD.
∴平面PBD⊥平面DEF.
∴四面体F-DBE是鳖臑,∠DEF=90°,∠DEB=90°,∠BFD=90°,
∠BFE=90°.
(2) 在平面PBC内,延长BC与FE交与点G,则DG是平面DEF与平面ABCD的交线.
由(1)知PB⊥平面DEF,∴PB⊥DG,
又∵PD⊥平面ABCD,∴PD⊥DG;而PD∩PB=P,∴DG⊥平面PBD,
故∠BDF是平面DEF与平面ABCD所成二面角的平面角.
设PD=DC=AB=1 DA=BC=x,则BD=
,
在Rt△PDB中,由DF⊥PB,得∠DPF=∠BDF=60°,
则tan60°=tan∠DPF=
=
=
,解得x=
,
∴
=x=
.
∴BC⊥平面PCD,DE⊂平面PCD.
∴BC⊥DE.

∵PD=CD,E为棱PC的中点,∴DE⊥PC.
又PC∩DC=C,∴DE⊥平面PBC.
∴DE⊥PB,
又PB⊥EF,DE∩EF=E,
∴PB⊥平面DEF,又PB⊂平面PBD.
∴平面PBD⊥平面DEF.
∴四面体F-DBE是鳖臑,∠DEF=90°,∠DEB=90°,∠BFD=90°,
∠BFE=90°.
(2) 在平面PBC内,延长BC与FE交与点G,则DG是平面DEF与平面ABCD的交线.
由(1)知PB⊥平面DEF,∴PB⊥DG,
又∵PD⊥平面ABCD,∴PD⊥DG;而PD∩PB=P,∴DG⊥平面PBD,
故∠BDF是平面DEF与平面ABCD所成二面角的平面角.
设PD=DC=AB=1 DA=BC=x,则BD=
| x2+1 |
在Rt△PDB中,由DF⊥PB,得∠DPF=∠BDF=60°,
则tan60°=tan∠DPF=
| BD |
| PD |
| x2+1 |
| 3 |
| 2 |
∴
| DA |
| AB |
| 2 |
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