三、解答题
(19)(本小题满分13分)
如图,在四棱锥
中,
底面
,
为直角,
,
、
分别为
、CD的中点。
(Ⅰ)试证:
平面
;
(Ⅱ)设PA=K·AB,且二面角
的平面角大于
,求
的取值范围。

解法一:
(I)证:由已知![]()
![]()
且
为直角,故
是矩形,从而
,
又
底面
,
,故由三垂线定理知
,在
中,
、
分别为
、
的中点,故![]()
![]()
,从而
,
由此得
面
.
(II)连接AC交BF于G,易知G为AC的中点,连接EG,则在
中易知
EG
PA,又因PA
底面ABCD,故EG
底面ABCD,在底面ABCD中,过G作
GH
BD,垂足为H,连接EH,由三垂线定理知EH
BD,从而
为二面
角E-BD-C的平面角。
设
,则在
中,有


以下计算
,考虑底面的平面图(如答(19)图2)。连接
,
因
故
在
中,因
得
而![]()
从而得

因此
由
知
是锐角,故要使
,必须

解之得,
的取值范围为

解法二:
(I)如图,以
为原点,
所在直线为
轴,
所在直线为y轴,
所在
直线为
轴建立,空间直角坐标系,设
,则易知点![]()
的
坐标分别为

从而![]()
故![]()
设
则
而
为
中点,故
![]()
从而
故![]()
由此得
面
.

(II)设
在
平面上的射影为
,过
作
垂足为
,
由三垂线定理知
,从而
为二面角
的平面角。
由
得
,
设
,则
,
由
得
,即
①
又因
,且
与
的方向相同,故
,即
②
由①②解得
,从而
,

由
知
是锐角,由
,得
,即
故
的取值范围为
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