如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,底面ABCD为正方形,PD=DC,F是PB的中点.

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  • 解题思路:(1)利用三角形的中位线定理平移作出异面直线所成的角,再利用余弦定理即可求出;

    (2)利用平行四边形、线面垂直的判定定理和性质即可得出.

    证明:(1)取AB中点E,连接EF,DE

    ∵E,F分别是AB,PB的中点,

    ∴EF∥AP,

    ∴AP 和DF所成的角即为EF和DF所成的角,即∠DFE或其补角;

    由已知四边形ABCD是正方形,

    假设PD=DC=a,

    则有DB=

    2a,PB=

    3a,DF=

    3

    2aAE=

    a

    2,DE=

    5

    2a,PA=

    2a,EF=

    2

    2a

    ∴cos∠DFE=

    DF2+EF2-DE2

    2DF•EF=0,

    ∴DF⊥EF,∴DF⊥AP.

    (2) G是AD的中点时,GF⊥平面PCB.

    证明如下:取PC中点H,连接DH,HF.

    ∵PD=DC,∴DH⊥PC.

    又∵BC⊥平面PDC,∴DH⊥BC,

    ∵DH⊥PC,DH⊥BC,PC∩BC=C,PC,BC⊂平面PBC

    ∴DH⊥平面PCB.

    ∵HF∥BC,且HF=

    1

    2BC,∴HF

    .GD,

    ∴四边形DGFH为平行四边形,DH∥GF,

    ∴GF⊥平面PCB.

    点评:

    本题考点: 直线与平面垂直的性质;直线与平面垂直的判定.

    考点点评: 熟练掌握利用三角形的中位线定理及余弦定理求异面直线所成的角、线面垂直的判定定理和性质定理是解题的关键.