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2021年高考数学乙卷-文18

  2022-05-03 08:12:41  

18.(12分)如图,四棱锥$P-ABCD$的底面是矩形,$PD\bot$底面$ABCD$,$M$为$BC$的中点,且$PB\bot AM$.
(1)证明:平面$PAM\bot$平面$PBD$;
(2)若$PD=DC=1$,求四棱锥$P-ABCD$的体积.

分析:(1)通过线面垂线即可证明;即只需证明$AM\bot$平面$PBD$.
(2)根据$PD\bot$底面$ABCD$,可得$PD$即为四棱锥$P-ABCD$的高,利用体积公式计算即可.
(1)证明:$\because PD\bot$底面$ABCD$,$AM\subset$平面$ABCD$,
$\therefore PD\bot AM$,
又$\because PB\bot AM$,
$PD\bigcap PB=P$,$PB$,$PD\subset$平面$PBD$.
$\therefore AM\bot$平面$PBD$.
$\because AM\subset$平面$PAM$,
$\therefore$平面$PAM\bot$平面$PBD$;
(2)
解:由$PD\bot$底面$ABCD$,
$\therefore PD$即为四棱锥$P-ABCD$的高,$\Delta DPB$是直角三角形;
$\because ABCD$底面是矩形,$PD=DC=1$,$M$为$BC$的中点,且$PB\bot AM$.
设$AD=BC=2a$,取$CP$的中点为$F$.作$EF\bot CD$交于$E$,

连接$MF$,$AF$,$AE$,
可得$MF//PB$,$EF//DP$,
那么$AM\bot MF$.且$EF=\dfrac{1}{2}$.$AE=\sqrt{A{D}^{2}+E{D}^{2}}=\sqrt{\dfrac{1}{4}+4{a}^{2}}$,$AM=\sqrt{A{B}^{2}+B{M}^{2}}=\sqrt{{a}^{2}+1}$,
$AF=\sqrt{E{F}^{2}+A{E}^{2}}$.
$\because \Delta DPB$是直角三角形,
$\therefore$根据勾股定理:$BP=\sqrt{2+4{a}^{2}}$,则$MF=\dfrac{\sqrt{2+4{a}^{2}}}{2}$;
由$\Delta AMF$是直角三角形,
可得$AM^{2}+MF^{2}=AF^{2}$,
解得$a=\dfrac{\sqrt{2}}{2}$.
底面$ABCD$的面积$S=\sqrt{2}$,
则四棱锥$P-ABCD$的体积$V=\dfrac{1}{3}\cdot h\cdot S=\dfrac{1}{3}\times 1\times \sqrt{2}=\dfrac{\sqrt{2}}{3}$.

点评:本题考查平面与平面垂直的判定,考查空间想象能力与思维能力,体积计算,考查运算求解能力,是中档题.

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