解题思路:(1)四棱锥P-ABCD的体积V=
1
3
•
S
正方形ABCD
•PC
,由此能求出结果.
(2)连结AC,由已知条件条件出BD⊥AC,BD⊥PC,从而得到BD⊥平面PAC,不论点E在何位置,都有AE⊂平面PAC,由此能证明BD⊥AE.
(3)以C为原点,CD为x轴,CB为y轴,CP为z轴,建立空间直角坐标系,利用向量法能求出二面角P-BD-C的正切值.
(1)∵四棱锥P-ABCD的底面是边长为1的正方形,
且侧棱PC⊥底面ABCD,PC=2,
∴四棱锥P-ABCD的体积:
V=[1/3•S正方形ABCD•PC
=
1
3×1×2
=
2
3].
(2)证明:连结AC,∵ABCD是正方形,
∴BD⊥AC,
∵PC⊥底面ABCD,且BD⊂平面ABCD,
∴BD⊥PC,
∵不论点E在何位置,都有AE⊂平面PAC,
∴BD⊥AE.
(3)以C为原点,CD为x轴,CB为y轴,CP为z轴,
建立空间直角坐标系,
由题意知P(0,0,2),B(0,1,0),D(1,0,0),
∴
PB=(0,1,−2),
PD=(1,0,−2),
设平面PBD的法向量
n=(x,y,z),
则
n•
PB=y−2z=0
n•
PD=x−2z=0,取x=2,得
n=(2,2,1),
由题意知
m=(0,0,1),
设二面角P-BD-C的平面角为θ,
则cosθ=cos<
n,
m>=
1
4+4+1=[1/3],
∴tanθ=2
2.
∴二面角P-BD-C的正切值为2
2.
点评:
本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题;棱柱、棱锥、棱台的体积.
考点点评: 本题考查四棱锥的体积的求法,考查异面直线垂直的证明,考查二面角的正切值的求法,解题时要认真审题,注意向量法的合理运用.