解题思路:(Ⅰ)过点E作AD的垂线,垂足为F,连结BF,过点F作AB的平行线,交BC于G,连结EG,令EF=x,AD=a,利用勾股定理、根的判别式等知识点能线段AD长度的取值范围.(Ⅱ)当a=43时,方程4x2-12x+9=0有且仅有一个实根,由此能推导出存在唯一的点E.并能求出二面角E-BC-A的正切值.
(理科)(Ⅰ)如图,过点E作AD的垂线,垂足为F,连结BF,
过点F作AB的平行线,交BC于G,连结EG,
令EF=x,AD=a,
∵PA⊥面ABCD,∴EF∥PA,
∴DF=
EF
PA•AD=
ax
4,AF=(1−
x
4)a,
∴BE2=BF2+EF2=AB2+AF2+EF2=9+(1−
x
4)2a2+x2.
∵BE⊥CE,∴BC2=BE2+CE2.
∵BC=a,CE2=EF2+FC2=EF2+FD2+CD2=x2+
1
16a2x2+9,
∴a2=18+(1+
x2
8−
x
2)a2+2x2,
(
a2
8+2)x2−
a2
2x+18=0①.
由△≥0,得a4-36a2-576≥0,解得a≥4
3.
∴线段AD长度的取值范围是[4
3,+∞).…(5分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,当a=4
3时,
方程①即4x2-12x+9=0,△=0.
方程①有且仅有一个实根,
∴存在唯一的点E.
∵EF⊥面ABCD,BC⊥FG,BC⊥EG,
∴∠EGF是二面角E-BC-F的平面角,
tan∠EGF=
EF
GF=
3
2
3=
1
2.
∴二面角E-BC-A的正切值为[1/2].…(10分)
点评:
本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题.
考点点评: 本题考查线段长度取值范围的求法,考查二面角的正切值的求法,解题时要认真审题,注意合理地化空间问题为平面问题.