解题思路:(Ⅰ)由已知条件推导CD⊥AD,PA⊥CD.从而得到CD⊥AE.由此能证明AE⊥平面PCD.
(Ⅱ)建立空间直角坐标系A-xyz,利用向量法能求出要使α最小,则cosα最大,由此能求出结果.
(Ⅰ)证明:当θ=60°时,
∵AD∥BC,AB=AD=2BC=2.
∴CD⊥AD.
又PA⊥平面ABCD,∴PA⊥CD.
∴CD⊥平面PAD.
又AE⊂平面PAD,∴CD⊥AE.
又PA=AD,E是棱PD的中点,
∴PD⊥AE.
∵PD∩CD=D,∴AE⊥平面PCD.(7分)
(Ⅱ)如图,建立空间直角坐标系A-xyz,
则P(0,0,2),B(2sinθ,2cosθ,0),
C(2sinθ,2cosθ+1,0),D(0,2,0).
∴
DP=(0,−2,2)、
DC=(2sinθ,2cosθ−1,0).
设平面PCD的法向量为
n=(x,y,z),
则
n⊥
DP
n⊥
DC⇒
−2y+2z=0
(2sinθ)x+(2cosθ−1)y=0,
取y=1,得
n=(
2cosθ−1
2sinθ,1,1).
又平面ABCD的法向量为
m=(0,0,1).
设二面角P-CD-A的平面角为α,
则cosα=
|
m•
n|
|
m|•|
n|=
1
(
2cosθ−1
2sinθ)2+2,
要使α最小,则cosα最大,即[2cosθ−1/2sinθ=0,
∴cosθ=
1
2],得θ=
π
3.(8分)
点评:
本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;直线与平面垂直的判定.
考点点评: 本题考查直线与平面垂直的证明,考查使二面角最小的角θ的值的求法,解题时要认真审题,注意空间思维能力的培养.