(Ⅰ)
;(Ⅱ)不论点E在何位置,都有BD⊥AE;(Ⅲ)
。
试题分析:(Ⅰ)由该四棱锥的三视图可知,该四棱锥P-ABCD的底面是边长为1的正方形,
侧棱PC⊥底面ABCD,且PC="2."
∴
----------------------------2分
(Ⅱ) 不论点E在PC上何位置,都有BD⊥AE---------------------------------------3分
证明如下:连结AC,∵ABCD是正方形
∴BD⊥AC ∵PC⊥底面ABCD 且
平面
∴BD⊥PC-----------5分
又∵
∴BD⊥平面PAC
∵不论点E在何位置,都有AE
平面PAC
∴不论点E在何位置,都有BD⊥AE ----------------------------------------------7分
(Ⅲ) 解法一:在平面DAE内过点D作DG⊥AE于G,连结BG
∵CD="CB,EC=EC," ∴
≌
∴ED="EB," ∵AD=AB ∴△EDA≌△EBA
∴BG⊥EA ∴
为二面角D-EA-B的平面角--------------------------10分
∵BC⊥DE, AD∥BC ∴AD⊥DE
在Rt△ADE中
=
=BG
在△DGB中,由余弦定理得
∴
=
-----------------------12分
[解法二:以点C为坐标原点,CD所在的直线为x轴建立空间直角坐标系如图示:
则
,从
设平面ADE和平面ABE的法向量分别为
由
可得:
,
同理得:
。令
,则
,
∴
------10分
设二面角D-AE-B的平面角为
,则
∴
------12分
点评:二面角的求法是立体几何中的一个难点。我们解决此类问题常用的方法有两种:①综合法,综合法的一般步骤是:一作二说三求。②向量法,运用向量法求二面角应注意的是计算。很多同学都会应用向量法求二面角,但结果往往求不对,出现的问题就是计算错误。