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    2010年高考数学解答题分类汇编——立体几何doc--高中数学 .doc

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    2010年高考数学解答题分类汇编——立体几何doc--高中数学 .doc

    永久免费组卷搜题网2010年高考数学试题分类汇编立体几何(2010上海文数)20.(本大题满分14分)本题共有2个小题,第1小题满分7分,第2小题满分7分.如图所示,为了制作一个圆柱形灯笼,先要制作4个全等的矩形骨架,总计耗用9.6米铁丝,再用平方米塑料片制成圆柱的侧面和下底面(不安装上底面).(1)当圆柱底面半径取何值时,取得最大值?并求出该最大值(结果精确到0.01平方米);(2)若要制作一个如图放置的,底面半径为0.3米的灯笼,请作出用于灯笼的三视图(作图时,不需考虑骨架等因素). 解析:(1) 设圆柱形灯笼的母线长为l,则l=1.2-2r(0<r<0.6),S=-3p(r-0.4)2+0.48p,所以当r=0.4时,S取得最大值约为1.51平方米;(2) 当r=0.3时,l=0.6,作三视图略(2010湖南文数)18.(本小题满分12分)如图所示,在长方体中,AB=AD=1,AA1=2,M是棱CC1的中点()求异面直线A1M和C1D1所成的角的正切值;()证明:平面ABM平面A1B1M1(2010浙江理数)(20)(本题满分15分)如图, 在矩形中,点分别在线段上,.沿直线将 翻折成,使平面. ()求二面角的余弦值;()点分别在线段上,若沿直线将四边形向上翻折,使与重合,求线段的长。解析:本题主要考察空间点、线、面位置关系,二面角等基础知识,空间向量的应用,同事考查空间想象能力和运算求解能力。()解:取线段EF的中点H,连结,因为=及H是EF的中点,所以,又因为平面平面.如图建立空间直角坐标系A-xyz则(2,2,),C(10,8,0),F(4,0,0),D(10,0,0). 故=(-2,2,2),=(6,0,0).设=(x,y,z)为平面的一个法向量, -2x+2y+2z=0所以 6x=0.取,则。又平面的一个法向量,故。所以二面角的余弦值为()解:设则, 因为翻折后,与重合,所以, 故, ,得, 经检验,此时点在线段上,所以。方法二:()解:取线段的中点,的中点,连结。 因为=及是的中点,所以又因为平面平面,所以平面,又平面,故,又因为、是、的中点,易知,所以,于是面,所以为二面角的平面角,在中,=,=2,=所以.故二面角的余弦值为。()解:设, 因为翻折后,与重合,所以, 而, 得,经检验,此时点在线段上,所以。(2010全国卷2理数)(19)如图,直三棱柱中,为的中点,为上的一点,()证明:为异面直线与的公垂线;()设异面直线与的夹角为45°,求二面角的大小【命题意图】本试题主要考查空间的线面关系与空间角的求解,考查考生的空间想象与推理计算的能力.【参考答案】(19)解法一:(I)连接A1B,记A1B与AB1的交点为F.因为面AA1BB1为正方形,故A1BAB1,且AF=FB1,又AE=3EB1,所以FE=EB1,又D为BB1的中点,故DEBF,DEAB1. 3分作CGAB,G为垂足,由AC=BC知,G为AB中点.又由底面ABC面AA1B1B.连接DG,则DGAB1,故DEDG,由三垂线定理,得DECD.所以DE为异面直线AB1与CD的公垂线.(II)因为DGAB1,故CDG为异面直线AB1与CD的夹角,CDG=45°设AB=2,则AB1=,DG=,CG=,AC=.作B1HA1C1,H为垂足,因为底面A1B1C1面AA1CC1,故B1H面AA1C1C.又作HKAC1,K为垂足,连接B1K,由三垂线定理,得B1KAC1,因此B1KH为二面角A1-AC1-B1的平面角.【点评】三垂线定理是立体几何的最重要定理之一,是高考的的热点,它是处理线线垂直问题的有效方法,同时它也是确定二面角的平面角的主要手段.通过引入空间向量,用向量代数形式来处理立体几何问题,淡化了传统几何中的“形”到“形”的推理方法,从而降低了思维难度,使解题变得程序化,这是用向量解立体几何问题的独到之处.(2010陕西文数)18.(本小题满分12分)如图,在四棱锥PABCD中,底面ABCD是矩形PA平面ABCD,AP=AB,BP=BC=2,E,F分别是PB,PC的中点.()证明:EF平面PAD;()求三棱锥EABC的体积V.解()在PBC中,E,F分别是PB,PC的中点,EFBC.又BCAD,EFAD,又AD平面PAD,EF平面PAD,EF平面PAD.()连接AE,AC,EC,过E作EGPA交AB于点G,则BG平面ABCD,且EG=PA.在PAB中,AD=AB,PAB°,BP=2,AP=AB=,EG=.SABC=AB·BC=××2=,VE-ABC=SABC·EG=××=.(2010辽宁文数)(19)(本小题满分12分) 如图,棱柱的侧面是菱形,()证明:平面平面;()设是上的点,且平面,求的值. 解:()因为侧面BCC1B1是菱形,所以又已知所又平面A1BC1,又平面AB1C ,所以平面平面A1BC1 . ()设BC1交B1C于点E,连结DE,则DE是平面A1BC1与平面B1CD的交线,因为A1B/平面B1CD,所以A1B/DE.又E是BC1的中点,所以D为A1C1的中点.即A1D:DC1=1.(2010辽宁理数)(19)(本小题满分12分)已知三棱锥PABC中,PAABC,ABAC,PA=AC=½AB,N为AB上一点,AB=4AN,M,S分别为PB,BC的中点.()证明:CMSN;()求SN与平面CMN所成角的大小.证明:设PA=1,以A为原点,射线AB,AC,AP分别为x,y,z轴正向建立空间直角坐标系如图。则P(0,0,1),C(0,1,0),B(2,0,0),M(1,0,),N(,0,0),S(1,0).4分(),因为,所以CMSN 6分(),设a=(x,y,z)为平面CMN的一个法向量,则 9分因为所以SN与片面CMN所成角为45°。 12分(2010全国卷2文数)(19)(本小题满分12分) 如图,直三棱柱ABC-ABC 中,AC=BC, AA=AB,D为BB的中点,E为AB上的一点,AE=3 EB ()证明:DE为异面直线AB与CD的公垂线; ()设异面直线AB与CD的夹角为45°,求二面角A-AC-B的大小【解析】本题考查了立体几何中直线与平面、平面与平面及异面直线所成角与二面角的基础知识。(1)要证明DE为AB1与CD的公垂线,即证明DE与它们都垂直,由AE=3EB1,有DE与BA1平行,由A1ABB1为正方形,可证得,证明CD与DE垂直,取AB中点F。连结DF、FC,证明DE与平面CFD垂直即可证明DE与CD垂直。(2)由条件将异面直线AB1,CD所成角找出即为FDC,设出AB连长,求出所有能求出的边长,再作出二面角的平面角,根据所求的边长可通过解三角形求得。(2010江西理数)20. (本小题满分12分)如图BCD与MCD都是边长为2的正三角形,平面MCD平面BCD,AB平面BCD,。(1) 求点A到平面MBC的距离;(2) 求平面ACM与平面BCD所成二面角的正弦值。【解析】本题以图形拼折为载体主要考查了考查立体图形的空间感、点到直线的距离、二面角、空间向量、二面角平面角的判断有关知识,同时也考查了空间想象能力和推理能力解法一:(1)取CD中点O,连OB,OM,则OBCD,OMCD.又平面平面,则MO平面,所以MOAB,A、B、O、M共面.延长AM、BO相交于E,则AEB就是AM与平面BCD所成的角.OB=MO=,MOAB,MO/面ABC,M、O到平面ABC的距离相等,作OHBC于H,连MH,则MHBC,求得:OH=OCsin600=,MH=,利用体积相等得:。(2)CE是平面与平面的交线.由(1)知,O是BE的中点,则BCED是菱形.作BFEC于F,连AF,则AFEC,AFB就是二面角A-EC-B的平面角,设为.因为BCE=120°,所以BCF=60°. ,所以,所求二面角的正弦值是.【点评】传统方法在处理时要注意到辅助线的处理,一般采用射影、垂线、平行线等特殊位置的元素解决解法二:取CD中点O,连OB,OM,则OBCD,OMCD,又平面平面,则MO平面.以O为原点,直线OC、BO、OM为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系如图.OB=OM=,则各点坐标分别为O(0,0,0),C(1,0,0),M(0,0,),B(0,-,0),A(0,-,2),(1)设是平面MBC的法向量,则,由得;由得;取,则距离(2),.设平面ACM的法向量为,由得.解得,取.又平面BCD的法向量为,则设所求二面角为,则.【点评】向量方法作为沟通代数和几何的工具在考察中越来越常见,此类方法的要点在于建立恰当的坐标系,便于计算,位置关系明确,以计算代替分析,起到简化的作用,但计算必须慎之又慎(2010安徽文数)19.(本小题满分13分)如图,在多面体ABCDEF中,四边形ABCD是正方形,AB=2EF=2,EFAB,EFFB,BFC=90°,BF=FC,H为BC的中点,()求证:FH平面EDB;()求证:AC平面EDB; ()求四面体BDEF的体积;【命题意图】本题考查空间线面平行、线面垂直、面面垂直的判断与证明,考查体积的计算等基础知识,同时考查空间想象能力、推理论证能力和运算能力.【解题指导】(1)设底面对角线交点为G,则可以通过证明EGFH,得平面;(2)利用线线、线面的平行与垂直关系,证明FH平面ABCD,得FHBC,FHAC,进而得EGAC,平面;(3)证明BF平面CDEF,得BF为四面体B-DEF的高,进而求体积.【规律总结】本题是典型的空间几何问题,图形不是规则的空间几何体,所求的结论是线面平行与垂直以及体积,考查平行关系的判断与性质.解决这类问题,通常利用线线平行证明线面平行,利用线线垂直证明线面垂直,通过求高和底面积求四面体体积. (2010重庆文数)(20)(本小题满分12分,()小问5分,()小问7分. )如题(20)图,四棱锥中,底面为矩形,底面,点是棱的中点.()证明:平面;()若,求二面角的平面角的余弦值. (2010浙江文数)(20)(本题满分14分)如图,在平行四边形ABCD中,AB=2BC,ABC=120°。E为线段AB的中点,将ADE沿直线DE翻折成ADE,使平面ADE平面BCD,F为线段AC的中点。()求证:BF平面ADE;()设M为线段DE的中点,求直线FM与平面ADE所成角的余弦值。(2010重庆理数)(19)(本小题满分12分,(I)小问5分,(II)小问7分)如题(19)图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA底面ABCD,PA=AB=,点E是棱PB的中点。(I) 求直线AD与平面PBC的距离;(II) 若AD=,求二面角A-EC-D的平面角的余弦值。(2010山东文数)(20)(本小题满分12分)在如图所示的几何体中,四边形是正方形,平面,、分别为、的中点,且.(I)求证:平面平面;(II)求三棱锥与四棱锥的体积 之比.(2010北京文数)(17)(本小题共13分)如图,正方形ABCD和四边形ACEF所在的平面互相垂直。EF/AC,AB=,CE=EF=1()求证:AF/平面BDE;()求证:CF平面BDF;证明:()设AC于BD交于点G。因为EFAG,且EF=1,AG=AG=1 所以四边形AGEF为平行四边形 所以AFEG 因为EG平面BDE,AF平面BDE, 所以AF平面BDE ()连接FG。因为EFCG,EF=CG=1,且CE=1,所以平行四边形CEFG为菱形。所以CFEG. 因为四边形ABCD为正方形,所以BDAC.又因为平面ACEF平面ABCD,且平面ACEF平面ABCD=AC,所以BD平面ACEF.所以CFBD.又BDEG=G,所以CF平面BDE.(2010北京文数)(18) (本小题共14分) 设定函数,且方程的两个根分别为1,4。()当a=3且曲线过原点时,求的解析式;()若在无极值点,求a的取值范围。解:由 得 因为的两个根分别为1,4,所以 (*)()当时,又由(*)式得解得又因为曲线过原点,所以故()由于a>0,所以“在(-,+)内无极值点”等价于“在(-,+)内恒成立”。由(*)式得。又解 得即的取值范围(2010北京理数)(16)(本小题共14分) 如图,正方形ABCD和四边形ACEF所在的平面互相垂直,CEAC,EFAC,AB=,CE=EF=1.()求证:AF平面BDE;()求证:CF平面BDE;()求二面角A-BE-D的大小。 证明:(I) 设AC与BD交与点G。 因为EF/AG,且EF=1,AG=AC=1. 所以四边形AGEF为平行四边形. 所以AF/平面EG, 因为平面BDE,AF平面BDE, 所以AF/平面BDE. (II)因为正方形ABCD和四边形ACEF所在的平面 相互垂直,且CEAC, 所以CE平面ABCD. 如图,以C为原点,建立空间直角坐标系C-. 则C(0,0,0),A(,0),B(0,0). 所以,. 所以, 所以,. 所以BDE.(III) 由(II)知,是平面BDE的一个法向量. 设平面ABE的法向量,则,. 即所以且 令则. 所以. 从而。 因为二面角为锐角, 所以二面角的大小为.(2010四川理数)(18)(本小题满分12分) 已知正方体ABCDA'B'C'D'的棱长为1,点M是棱AA'的中点,点O是对角线BD'的中点.()求证:OM为异面直线AA'和BD'的公垂线;()求二面角MBC'B'的大小;()求三棱锥MOBC的体积. 本小题主要考查异面直线、直线与平面垂直、二面角、正方体、三棱锥体积等基础知识,并考查空间想象能力和逻辑推理能力,考查应用向量知识解决数学问题的能力。解法一:(1)连结AC,取AC中点K,则K为BD的中点,连结OK因为M是棱AA的中点,点O是BD的中点所以AM所以MO 由AAAK,得MOAA因为AKBD,AKBB,所以AK平面BDDB所以AKBD所以MOBD又因为OM是异面直线AA和BD都相交故OM为异面直线AA'和BD'的公垂线(2)取BB中点N,连结MN,则MN平面BCCB过点N作NHBC于H,连结MH则由三垂线定理得BCMH从而,MHN为二面角M-BC-B的平面角MN=1,NH=Bnsin45°=在RtMNH中,tanMHN= 故二面角M-BC-B的大小为arctan2(3)易知,SOBC=SOAD,且OBC和OAD都在平面BCDA内点O到平面MAD距离hVM-OBC=VM-OAD=VO-MAD=SMADh=解法二:以点D为坐标原点,建立如图所示空间直角坐标系D-xyz则A(1,0,0),B(1,1,0),C(0,1,0),A(1,0,1),C(0,1,1),D(0,0,1)(1)因为点M是棱AA的中点,点O是BD的中点所以M(1,0, ),O(,),=(0,0,1),=(-1,-1,1) =0, +0=0 所以OMAA,OMBD又因为OM与异面直线AA和BD都相交故OM为异面直线AA'和BD'的公垂线.4分(2)设平面BMC'的一个法向量为=(x,y,z)=(0,-1,), (1,0,1) 即取z2,则x2,y1,从而=(2,1,2) 取平面BC'B'的一个法向量为(0,1,0)cos由图可知,二面角M-BC'-B'的平面角为锐角故二面角M-BC'-B'的大小为arccos9分(3)易知,SOBCSBCD'A'设平面OBC的一个法向量为(x1,y1,z1) (1,1,1), (1,0,0) 即取z11,得y11,从而(0,1,1)点M到平面OBC的距离d VMOBC12分(2010天津文数)(19)(本小题满分12分)如图,在五面体ABCDEF中,四边形ADEF是正方形,FA平面ABCD,BCAD,CD=1,AD=,BADCDA45°.()求异面直线CE与AF所成角的余弦值; ()证明CD平面ABF;()求二面角B-EF-A的正切值。【解析】本小题主要考查异面直线所成的角、直线与平面垂直、二面角等基础知识,考查空间想象能力,运算能力和推理论证能力.满分12分.(I)解:因为四边形ADEF是正方形,所以FA/ED.故为异面直线CE与AF所成的角.因为FA平面ABCD,所以FACD.故EDCD.在RtCDE中,CD=1,ED=,CE=3,故cos=.所以异面直线CE和AF所成角的余弦值为.()证明:过点B作BG/CD,交AD于点G,则.由,可得BGAB,从而CDAB,又CDFA,FAAB=A,所以CD平面ABF.()解:由()及已知,可得AG=,即G为AD的中点.取EF的中点N,连接GN,则GNEF,因为BC/AD,所以BC/EF.过点N作NMEF,交BC于M,则为二面角B-EF-A的平面角。连接GM,可得AD平面GNM,故ADGM.从而BCGM.由已知,可得GM=.由NG/FA,FAGM,得NGGM.在RtNGM中,tan,所以二面角B-EF-A的正切值为.(2010天津理数)(19)(本小题满分12分)如图,在长方体中,、分别是棱,上的点,,(1) 求异面直线与所成角的余弦值;(2) 证明平面(3) 求二面角的正弦值。【解析】本小题主要考查异面直线所成的角、直线与平面垂直、二面角等基础知识,考查用空间向量解决立体几何问题的方法,考查空间想象能力、运算能力和推理论证能力,满分12分。方法一:如图所示,建立空间直角坐标系,点A为坐标原点,设,依题意得,(1) 解:易得,于是 所以异面直线与所成角的余弦值为(2) 证明:已知,于是·=0,·=0.因此,,又所以平面(3)解:设平面的法向量,则,即不妨令X=1,可得。由(2)可知,为平面的一个法向量。于是,从而所以二面角的正弦值为方法二:(1)解:设AB=1,可得AD=2,AA1=4,CF=1.CE=链接B1C,BC1,设B1C与BC1交于点M,易知A1DB1C,由,可知EFBC1.故是异面直线EF与A1D所成的角,易知BM=CM=,所以 ,所以异面直线FE与A1D所成角的余弦值为(2)证明:连接AC,设AC与DE交点N 因为,所以,从而,又由于,所以,故ACDE,又因为CC1DE且,所以DE平面ACF,从而AFDE.连接BF,同理可证B1C平面ABF,从而AFB1C,所以AFA1D因为,所以AF平面A1ED(3)解:连接A1N.FN,由(2)可知DE平面ACF,又NF平面ACF, A1N平面ACF,所以DENF,DEA1N,故为二面角A1-ED-F的平面角易知,所以,又所以,在连接A1C1,A1F 在。所以所以二面角A1-DE-F正弦值为(2010广东理数)18.(本小题满分14分)如图5,是半径为a的半圆,AC为直径,点E为的中点,点B和点C为线段AD的三等分点平面AEC外一点F满足,FE=a 图5 (1)证明:EBFD;(2)已知点Q,R分别为线段FE,FB上的点,使得,求平面与平面所成二面角的正弦值(2)设平面与平面RQD的交线为.由BQ=FE,FR=FB知, .而平面,平面,而平面平面= ,.由(1)知,平面,平面,而平面, 平面,是平面与平面所成二面角的平面角在中,故平面与平面所成二面角的正弦值是(2010广东文数)18.(本小题满分14分)如图4,弧AEC是半径为的半圆,AC为直径,点E为弧AC的中点,点B和点C为线段AD的三等分点,平面AEC外一点F满足FC平面BED,FB=(1)证明:EBFD(2)求点B到平面FED的距离. (1)证明:点E为弧AC的中点(2010福建文数)20 (本小题满分12分)如图,在长方体ABCD A1B1C1D1中,E,H分别是棱A1B1,D1C1上的点(点E与B1不重合),且EH/A1D1。过EH的平面与棱BB1,CC1相交,交点分别为F,G。 (I)证明:AD/平面EFGH; (II)设AB=2AA1=2a。在长方体ABCD-A1B1C1D1内随机选取一点,记该点取自于几何体A1ABFE D1DCGH内的概率为p。当点E,F分别在棱A1B1, B1B上运动且满足EF=a时,求p的最小值。KS*5U.C#O(2010全国卷1理数)(19)(本小题满分12分)如图,四棱锥S-ABCD中,SD底面ABCD,AB/DC,ADDC,AB=AD=1,DC=SD=2,E为棱SB上的一点,平面EDC平面SBC .()证明:SE=2EB;()求二面角A-DE-C的大小 .(2010四川文数)(18)(本小题满分12分)在正方体ABCDABCD中,点M是棱AA的中点,点O是对角线BD的中点.()求证:OM为异面直线AA和BD的公垂线;()求二面角MBCB的大小; (2010湖北文数)18.(本小题满分12分) 如图,在四面体ABOC中,OCOA。OCOB,AOB=120°,且OA=OB=OC=1()设P为AC的中点,Q在AB上且AB=3AQ,证明:PQOA;()求二面角O-AC-B的平面角的余弦值。(2010山东理数)(19)(本小题满分12分)如图,在五棱锥PABCDE中,PA平面ABCDE,ABCD,ACED,AEBC, ABC=45°,AB=2,BC=2AE=4,三角形PAB是等腰三角形()求证:平面PCD平面PAC;()求直线PB与平面PCD所成角的大小;()求四棱锥PACDE的体积【解析】()证明:因为ABC=45°,AB=2,BC=4,所以在中,由余弦定理得:,解得,所以,即,又PA平面ABCDE,所以PA,又PA,所以,又ABCD,所以,又因为,所以平面PCD平面PAC;()由()知平面PCD平面PAC,所以在平面PAC内,过点A作于H,则,又ABCD,AB平面内,所以AB平行于平面,所以点A到平面的距离等于点B到平面的距离,过点B作BO平面于点O,则为所求角,且,又容易求得,所以,即=,所以直线PB与平面PCD所成角的大小为;()由()知,所以,又ACED,所以四边形ACDE是直角梯形,又容易求得,AC=,所以四边形ACDE的面积为,所以四棱锥PACDE的体积为=。(2010湖南理数)(2010湖北理数)18 (本小题满分12分)如图, 在四面体ABOC中, , 且()设为为的中点, 证明: 在上存在一点,使,并计算的值;()求二面角的平面角的余弦值。(2010福建理数)概率为。(i)当点C在圆周上运动时,求的最大值;(ii)记平面与平面所成的角为,当取最大值时,求的值。【命题意图】本小题主要考查直线与直线、直线与平面、平面与平面的位置关系,以及几何体的体积、几何概型等基础知识,考查空间想象能力、运算求解能力、推理论证能力,考查数形结合思想、化归与转化思想、必然与或然思想。【解析】()因为平面ABC,平面ABC,所以,因为AB是圆O直径,所以,又,所以平面,而平面,所以平面平面。KS*5U.C#O%()(i)设圆柱的底面半径为,则AB=,故三棱柱的体积为=,又因为,所以=,当且仅当时等号成立,从而,而圆柱的体积,故=当且仅当,即时等号成立,所以的最大值是。KS*5U.C#O%(ii)由(i)可知,取最大值时,于是以O为坐标原点,建立空间直角坐标系(如图),则C(r,0,0),B(0,r,0),(0,r,2r),因为平面,所以是平面的一个法向量,设平面的法向量,由,故,取得平面的一个法向量为,因为,所以。(2010安徽理数)18、(本小题满分12分) 如图,在多面体中,四边形是正方形,为的中点。 ()求证:平面;()求证:平面;()求二面角的大小。(2010江苏卷)16、(本小题满分14分)如图,在四棱锥P-ABCD中,PD平面ABCD,PD=DC=BC=1,AB=2,ABDC,BCD=900。(1) 求证:PCBC;(2) 求点A到平面PBC的距离。解析 本小题主要考查直线与平面、平面与平面的位置关系,考查几何体的体积,考查空间想象能力、推理论证能力和运算能力。满分14分。(1)证明:因为PD平面ABCD,BC平面ABCD,所以PDBC。由BCD=900,得CDBC,又PDDC=D,PD、DC平面PCD,所以BC平面PCD。因为PC平面PCD,故PCBC。(2)(方法一)分别取AB、PC的中点E、F,连DE、DF,则:易证DECB,DE平面PBC,点D、E到平面PBC的距离相等。又点A到平面PBC的距离等于E到平面PBC的距离的2倍。由(1)知:BC平面PCD,所以平面PBC平面PCD于PC,因为PD=DC,PF=FC,所以DFPC,所以DF平面PBC于F。易知DF=,故点A到平面PBC的距离等于。(方法二)体积法:连结AC。设点A到平面PBC的距离为h。因为ABDC,BCD=900,所以ABC=900。从而AB=2,BC=1,得的面积。由PD平面ABCD及PD=1,得三棱锥P-ABC的体积。因为PD平面ABCD,DC平面ABCD,所以PDDC。又PD=DC=1,所以。由PCBC,BC=1,得的面积。由,得,故点A到平面PBC的距离等于。 永久免费组卷搜题网

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