如图,四棱锥
P−ABCD 中,
PA⊥ 底面
ABCD,
PA=23,
BC=CD=2,
∠ACB=∠ACD=3π.
(1) 求证:
BD⊥ 平面 PAC;
(2) 若侧棱
PC 上的点
F 满足
PF=7FC,求三棱锥
P−BDF 的体积.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 在等腰三角形
BCD 中,
BC=CD,且
AC 平分顶角
∠BCD,所以
又因为
PA⊥ 底面
ABCD,而
BD 在底面内,所以
BD⊥PA. 直线
AC 与
PA 都在平面
PAC 内,且相交于
A. 因为
BD 垂直于这两条相交直线,所以
BD⊥ 平面
PAC.
\item 建立空间直角坐标系:取
C 为原点,
x 轴沿
CA,
y 轴沿底面内垂直于
CA 的方向,
z 轴沿
AP. 设
AC=m,则可取
C=(0,0,0),
A=(m,0,0),
B=(1,3,0),
D=(1,−3,0),
P=(m,0,23).
其中
B,
D 的坐标来自
BC=CD=2 及
∠ACB=∠ACD=3π.
由
PF=7FC,得
PF:PC=7:8,所以
PF=87PC
于是
VP−BDF=61⋅87det1−m1−m−m3−30−23−23−23=61⋅87×12=47
故三棱锥
P−BDF 的体积为
47.
\end{enumerate}
\end{solution}