如图:已知四棱锥P-ABCD的底面为直角梯形,AD∥BC,∠BCD=90,PA=PB,PC=PD.

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  • 解题思路:(Ⅰ)若CD⊥平面PAD,则CD⊥PD,由PC=PD,得∠PCD=∠PDC<90°,所以CD与平面PAD不垂直.

    (Ⅱ)取AB、CD的中点E、F,连接PE、PF、EF,由PA=PB,PC=PD,得EF为直角梯形的中位线,故EF⊥CD,又PF∩EF=F,所以CD⊥平面PEF,由此能够证明平面PAB⊥平面ABCD.

    (Ⅲ)由二面角的定义知∠PFE为二面角P-CD-A的平面角,作EG⊥BC于G,连PG,由三垂线定理得BC⊥PG,故∠PGE为二面角P-BC-A的平面角,由此能求出二面角P-CD-A的大小.

    (Ⅰ)若CD⊥平面PAD(1分),

    则CD⊥PD(2分),

    由已知PC=PD,

    得∠PCD=∠PDC<90°,

    这与CD⊥PD矛盾,所以CD与平面PAD不垂直.(3分)

    (Ⅱ)取AB、CD的中点E、F,连接PE、PF、EF(4分),

    由PA=PB,PC=PD,得PE⊥AB,

    PF⊥CD(5分)

    ∴EF为直角梯形的中位线,

    ∴EF⊥CD,又PF∩EF=F,

    ∴CD⊥平面PEF,(6分)

    由PE⊂平面PEF,得CD⊥PE,又AB⊥PE且梯形两腰AB、CD必交,

    ∴PE⊥平面ABCD(7分)

    又PE⊂平面PAB,

    ∴平面PAB⊥平面ABCD(8分)

    (Ⅲ)由(Ⅱ)及二面角的定义知∠PFE为二面角P-CD-A的平面角(9分)

    作EG⊥BC于G,连PG,

    由三垂线定理得BC⊥PG,

    故∠PGE为二面角P-BC-A的平面角(10分)

    即∠PGE=60°,

    由已知,得EF=

    1

    2(AD+BC)=

    1

    2CD,

    又EG=CF=[1/2]CD.

    ∴EF=EG,

    ∴Rt△PEF≌Rt△PEG.(11分)

    ∴∠PEF=∠PGE=60°,

    故二面角P-CD-A的大小为60°.(12分)

    点评:

    本题考点: 二面角的平面角及求法;平面与平面垂直的判定.

    考点点评: 本题考查直线与平面不垂直的证明,考查平面与平面垂直的证明,考查二角角大小的求法.解题时要认真审题,仔细解答,注意三垂线定理和等价转化思想的灵活运用.