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:(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.