如圖，P為正方形ABCD所在平面外一點PA⊥平面ABCD，且PA=AD=2，E、F、G分別是線段PA、PD、CD的中點．
（I）求證：EF∥平面ABCD；
（II）求證：平面PBC∥平面EFG；
（III）求異面直線EG與BD所成角的大小．

20090109

三：解答題

17．解：（1）由已知

   ∴ 

   ∵  

∴CD⊥AB，在Rt△BCD中BC²=BD²+CD²,                                                  

    又CD²=AC²－AD², 所以BC²=BD²+AC²－AD²=49，                                               

所以                                                                                    

（2）在△ABC中，   

∴            

     而   

如果，

則    

∴                                                                   

18．解：（1）點A不在兩條高線和上，

 不妨設AC邊上的高：，AB邊上的高：

所以AC，AB的方程為：，

，即和

由，

由

由此可得直線BC的方程為：。

（2），

由到角公式得：，

同理可算，。

19．解：（1）令

   則，因，

故函數在上是增函數，

時，，即

   （2）令

    則得

    所以在（，―1）遞減，（―1，0）遞增，

（0，1）遞減，（1，）遞增。

故在處取得極小值，且

故存在，使原方程有4個不同實根。

20．解（1）連結FO，F是AD的中點，

  OFAD，

EO平面ABCD

由三垂線定理，得EFAD，

又AD//BC，

EFBC                          

連結FB，可求得FB=PF=，則EFPB，

又PBBC=B，

 EF平面PBC。 

（2）連結BD，PD平面ABCD，過點E作EOBD于O，

連結AO，則EO//PD

且EO平面ABCD，所以AEO為異面直線PD、AE所成的角              

E是PB的中點，則O是BD的中點，且EO=PD=1

在Rt△EOA中，AO=，

   所以：異面直線PD與AE所成的角的大小為

（3）取PC的中點G，連結EG，FG，則EG是FG在平面PBC內的射影

PD平面ABCD，

PDBC，又DCBC，且PDDC=D，

BC平面PDC

BCPC，

EG//BC，則EGPC，

FGPC

所以FGE是二面角F―PC―B的平面角                                   

在Rt△FEG中，EG=BC=1，GF=

，

所以二面角F―PC―B的大小為   

21．解（1）， 

，

   ，令，

所以在遞增

，可得實數的取值范圍為

（2）當時，

   所以：，

即為 

可化為

由題意：存在，時，

恒成立

作，

只要

由 

而

所以：，

由，知

22．證明：（1）由已知得

（2）由（1）得

=