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.