解题思路:(1)由线面垂直得PA⊥PB,又AB⊥AD,从而AB⊥平面PAD,进而∠APB是PB与平面PAD所成的角,由此能求出PB和平面PAD所成的角的大小.
(2)由线面垂直得CD⊥PA,由条件CD⊥PC,得CD⊥面PAC,由等腰三角形得AE⊥PC,由此能证明AE⊥平面PCD.
(3)过点E作EM⊥PD,AM在平面PCD内的射影是EM,则AM⊥PD,由此得∠AME是二面角A-PD-C的平面角,由此能求出二面角A-PD-C得到正弦值.
(1)在四棱锥P-ABCD中,
∵PA⊥底面ABCD,AB⊂平面ABCD,
∴PA⊥PB,又AB⊥AD,PA∩AD=A,
∴AB⊥平面PAD,∴∠APB是PB与平面PAD所成的角,
在Rt△PAB中,AB=PA,∴∠APB=45°,
∴PB和平面PAD所成的角的大小为45°.
(2)证明:在四棱锥P-ABCD中,
∵PA⊥底面ABCD,CD⊂平面ABCD,∴CD⊥PA,
由条件CD⊥PC,PA∩AC=A,
∴CD⊥面PAC,
又AE⊂面PAC,∴AE⊥CD,
由PA=AB=BC,∠ABC=60°,得AC=PA,
∵E是PC的中点,∴AE⊥PC,
又PC∩CD=C,
综上,AE⊥平面PCD.
(3)过点E作EM⊥PD,AM在平面PCD内的射影是EM,则AM⊥PD,
∴∠AME是二面角A-PD-C的平面角,
由已知得∠CAD=30°,
设AC=a,得PA=a,AD=
2
3
3a,PD=[21/3a,AE=
2
2a,
在Rt△ADP中,∵AM⊥PD,∴AM•PD=PA•AD,
∴AM=
PA•AD
PD]=
a•
2
3
3a
21
3a=
2
7
7a,
在Rt△AEM中,sin∠AME=
点评:
本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;直线与平面垂直的判定;直线与平面所成的角.
考点点评: 本题考查直线和平面所成角的大小的求法,考查直线与平面垂直的证明,考查二面角的正弦值的求法,解题时要认真审题,注意空间思维能力的培养.