如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD是菱形,∠BCD=60°,PA⊥面ABCD,E是AB的中点,F是PC的中点.

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  • 解题思路:(I)证明DE⊥AB,PA⊥DE,利用线面垂直的判定定理,可得DE⊥面PAB,从而可证面PDE⊥面PAB.

    (Ⅱ)证明FG与BE平行且相等,可得BF∥GE,利用线面平行的判定可得BF∥面PDE.

    (Ⅲ)①设AB=2,由已知条件推导出∠ACP是直线PC与平面ABCD所成的角,分别求出AC和AP,利用正切函数能求出直线PC与平面ABCD所成角的大小.

    ②以A为原点,AD为x轴,平面ABCD内过A垂直AD的直线为y轴,AO为z轴,建立空间直线坐标系,利用向量法能求出二面角P-DE-A所成的角的正弦值.

    (Ⅰ)证明:∵四棱锥P-ABCD的底面ABCD是菱形,

    ∠BCD=60°,PA⊥面ABCD,E是AB的中点,

    ∴DE⊥AB,PA⊥DE,

    ∵AB∩PA=A,∴DE⊥平面PAB,

    ∵DE⊂平面PDE,∴面PDE⊥面PAB.

    (Ⅱ)证明:取PD的中点G,连结FG,GE,

    ∵F,G是中点,∴FG∥CD,且FG=[1/2]CD,

    ∴FG与BE平行且相等,∴BF∥GE,

    ∵GE⊂面PDE,BF不包含于平面PDE,

    ∴BF∥面PDE.

    (Ⅲ)①

    设AB=2,

    ∵四棱锥P-ABCD的底面ABCD是菱形,∠BCD=60°,

    PA⊥面ABCD,E是AB的中点,F是PC的中点,PA=AB,

    ∴∠ACP是直线PC与平面ABCD所成的角,

    ∴AC=

    4+4−2×2×2×cos120°=2

    3,AP=2,

    ∴tan∠ACP=

    2

    2

    3=

    3

    3,∴∠ACP=30°,

    ∴直线PC与平面ABCD所成角为30°.

    ②以A为原点,AD为x轴,平面ABCD内过A垂直AD的直线为y轴,

    AO为z轴,建立空间直线坐标系,设AB=2,

    由题意知P(0,0,2),D(2,0,0),E([1/2],

    3

    2,0),

    A(0,0,0),∴

    PD=(2,0,-2),

    点评:

    本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题;直线与平面平行的判定;平面与平面垂直的判定.

    考点点评: 本题考查平面与平面垂直的证明,考查直线与平面平行的证明,考查直线与平面所成的角的求法,考查二面角的正弦值的求法,解题时要认真审题,注意向量法的合理运用.