解题思路:(1)(3)中证明线线垂直及线面垂直,可以综合线线、线面、面面垂直的性质及判定定理进行解答,也可利用三垂线定理进行解答
(2)求二面角的大小,一般先作出二面角的平面角.再利用解三角形的办法求解,对于本题,也可以建立空间坐标系,利用空间向量进行求解和证明.
解法一:
证明:(Ⅰ)∵E、F分别是AB、PB的中点,
∴EF∥PA.
∵ABCD是正方形,
∴AD⊥CD.
又PD⊥底面ABCD,
∴AD是斜线PA在平面ABCD内的射影.
∴PA⊥CD.
∴EF⊥CD
(Ⅱ)连接AC交BD于O,过O作OK⊥DE于K,连接OF、FK.
∵O,F分别为BD,PB中点,
∴OF∥PD.
∵PD⊥底面ABCD,
∴OF⊥底面ABCD.
∴OK是斜线FK在平面ABCD内的射影.
∴FK⊥DE.
∴∠FKO是二面角F-DE-B的平面角
经计算得:OF=
1
2,OK=
5
10.
∴tan∠FKO=
OF
OK=
5.
即二面角F-DE-B的大小为arctan
5
(Ⅲ)取PC的中点H,连接DH.
∵PD=DC,
∴DH⊥PC.
又易证BC⊥平面PDC,
∴DH⊥BC.
又PC∩BC=C,
∴DH⊥平面PBC
取AD中点G,连接GF、FH.
∴FH∥BC∥DG,且FH=DG.
∴四边形DGFH为平行四边形.
∴DH∥GF.
∴GF⊥平面PCB.
即当G是AD的中点时,GF⊥平面PCB
解法二:
以DA、DC、DP所在直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系(如图),
则D(0,0,0)、A(1,0,0)、B(1,1,0)、C(0,1,0)、E(1,
1
2,0)、F(
1
2,
1
2,
1
2)、P(0,0,1).
(Ⅰ)∵
EF=(−
1
2,0,
1
2),
DC=(0,1,0),
∴
点评:
本题考点: 空间中直线与直线之间的位置关系;直线与平面垂直的性质;与二面角有关的立体几何综合题.
考点点评: 线线垂直可由线面垂直的性质推得,直线和平面垂直,这条直线就垂直于平面内所有直线,这是寻找线线垂直的重要依据.垂直问题的证明,其一般规律是“由已知想性质,由求证想判定”,也就是说,根据已知条件去思考有关的性质定理;根据要求证的结论去思考有关的判定定理,往往需要将分析与综合的思路结合起来.证明线面垂直的方法:证明一个面过另一个面的垂线,将证明面面垂直转化为证明线面垂直,一般先从现有直线中寻找,若图中不存在这样的直线,则借助中点、高线与添加辅助线解决.求二面角的大小,一般先作出二面角的平面角.再利用解三角形的办法求解.对于本题,也可以建立空间坐标系,利用空间向量进行求解和证明.