Question

如圖，正四棱柱ABCD-A′B′C′D′中，底面邊長為2，側(cè)棱長為3，E為BC的中點，F(xiàn)G分別為CC′、DD′上的點，且CF=2GD=2．求：
（Ⅰ）C′到面EFG的距離；
（Ⅱ）DA與面EFG所成的角的正弦值；
（III）在直線BB'上是否存在點P，使得DP∥面EFG？，若存在，找出點P的位置，若不存在，試說明理由．

Answer 1

分析：（I）以D為原點建立空間直角坐標(biāo)系，并求出面EFG的一個法向量

n

，及面EFG上任一點與C′連線的方向向量，代入公式d=

| n • C′F |

| n |

中，即得到C′到面EFG的距離；
（Ⅱ）求出DA的方向向量，結(jié)合（I）中所求的面EFG的法向量

n

的坐標(biāo)，代入向量夾角公式，即可得到DA與面EFG所成的角的正弦值；
（III）設(shè)出P點坐標(biāo)，求出DP的方向向量，根據(jù)DP∥面EFG，則

DP

•

n

=0，可以構(gòu)造關(guān)于P點坐標(biāo)的方程組，解方程組，即可得P點坐標(biāo)．

解答：解：如圖，以D為原點建立空間直角坐標(biāo)系
則E（1，2，0），F(xiàn)（0，2，2），G（0，0，1）
∴

EF

=（-1，0，2），

FG

=（0，-2，-1），
設(shè)

n

=（x，y，z）為面EFG的法向量，則

EF

•

n

=0，

FG

•

n

=0，
⇒x=2z，z=-2y，取y=1，
得

n

=（-4，1，-2）…（4分）
（Ⅰ）∵

C′F

=（0，0，-1），
∴C’到面EFG的距離為d=

| n • C′F |

| n |

=

2

21

=

2 21

21

…（6分）
（Ⅱ）

DA

=（2，0，0），設(shè)DA與面EFG所成的角為θ，
則sinθ=

| DA • n |

| DA || n |

=

4 21

21

．   …（10分）
（ III）存在點P，在B點下方且BP=3，此時P（2，2，-3）

DP

=（2，2，-3），∴

DP

•

n

=0，∴DP∥面EFG．…（14分）

點評：本題考查的知識點是用空間向量求直線與平面的夾角，直線與平面平行的判定，點到平面的距離計算，其中由于三個小題的結(jié)論均與面EFG有關(guān)，故求出平面EFG的法向量是解答本題的關(guān)鍵．