如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AB⊥AD,AC⊥CD,∠ABC=60°,PA=AB=BC,E是PC的

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  • 解题思路:(Ⅰ)由PA⊥底面ABCD,可得 CD⊥PA,又CD⊥AC,故CD⊥面PAC,从而证得CD⊥AE;

    (Ⅱ)由等腰三角形的底边中线的性质可得AE⊥PC,由(Ⅰ)知CD⊥AE,从而AE⊥面PCD,AE⊥PD,再由 AB⊥PD 可得 PD⊥面ABE;

    (Ⅲ)过点A作AM⊥PD,由(Ⅱ)知,AE⊥面PCD,故∠AME是二面角A-PD-C的一个平面角,用面积法求得AE和AM,从而可求 二面角A-PD-C的正切值.

    (Ⅰ)证明:在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,CD⊂平面ABCD,∴CD⊥PA.

    又CD⊥AC,PA∩AC=A,∴CD⊥面PAC,

    ∵AE⊂面PAC,故CD⊥AE.

    (Ⅱ)证明:由PA=AB=BC,∠ABC=60°,可得PA=AC,

    ∵E是PC的中点,∴AE⊥PC,

    由(1)知CD⊥AE,从而AE⊥面PCD,故AE⊥PD.

    由(Ⅰ)知,AE⊥CD,且PC∩CD=C,所以AE⊥平面PCD.

    而PD⊂平面PCD,∴AE⊥PD.

    ∵PA⊥底面ABCD,PD在底面ABCD内的射影是AD,AB⊥AD,∴AB⊥PD.

    又∵AB∩AE=A,∴PD⊥面ABE

    (Ⅲ)过点A作AM⊥PD,垂足为M,连接EM,则(Ⅱ)知,

    AE⊥平面PCD,AM在平面PCD内的射影是EM,则EM⊥PD,因此∠AME是二面角A-PD-C的一个平面角.

    由已知,得∠CAD=30°.设AC=a,则PA=a,AD=

    2

    3

    3a,PD=

    21

    3a,AE=

    2

    2a.

    在直角△ADP中,∵AM⊥PD,∴AM×PD=PA×AD,∴AM=

    2

    7

    7a.

    在直角△AEM中,AE=

    2

    2a,AM=

    2

    7

    7a,∴EM=

    点评:

    本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题;空间中直线与直线之间的位置关系;直线与平面垂直的判定.

    考点点评: 本小题考查直线与直线垂直、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.