证明:(Ⅰ)如答图所示,⑴设PD的中点为E,连结AE、NE,
由N为PD的中点知EN
DC,
又ABCD是矩形,∴DC
AB,∴EN
AB
又M是AB的中点,∴EN
AN, …3分
∴AMNE是平行四边形
∴MN∥AE,而AE
平面PAD,NM
平面PAD
∴MN∥平面PAD…4分
(Ⅱ)∵PA=AD,∴AE⊥PD,
又∵PA⊥平面ABCD,CD
平面ABCD,
∴CD⊥PA,而CD⊥AD,∴CD⊥平面PAD…6分
∴CD⊥AE, ∵PD∩CD=D,∴AE⊥平面PCD,
∵MN∥AE,∴MN⊥平面PCD,又MN
平面PMC,
∴平面PMC⊥平面PCD.…8分
(Ⅲ)过A作AH⊥CM,交CM的延长线于H,连PH.
∵PA⊥平面ABCD,AH⊥CH,∴PH⊥CH,∴∠PHA是二面角P-MC-A的平面角,
∴AH=
… 10分
又∵Rt△MHA∽Rt△MBC,
∴
…12分
∴
…
14分
解法二:(Ⅱ)以A为原点,AB,AD,AP所在直线分别为
轴、
轴、
轴建系
设AB="b" (b>0)面PMC法向量
面PDC法向量
∵
∴面PMC
面PDC…8分
(Ⅲ)面MCA法向量
∵二面角P—MC—A是60°的二面角
∴
∴
…12分
∴
…
14分
略