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.