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已知四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是直角梯形,AD∥BC,AB⊥BC,AB=...

已知四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是直角梯形,AD∥BC,AB⊥BC,AB=AD=1,BC=2,又PB⊥平面ABCD,且PB=1,点E在棱PD上,且DE=2PE.
(Ⅰ)求异面直线PA与CD所成的角的大小;
(Ⅱ)求证:BE⊥平面PCD;
(Ⅲ)求二面角A-PD-B的大小.

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(1)由于直线PA与CD不在同一平面内,要把两条异面直线移到同一平面内,做AF∥CD,异面直线PA与CD所成的角与AF与PA所成的角相等. (2)由三角形中等比例关系可得BE⊥PD,由于CD=BD=得,BC=2,可知三角形BCD为直角三角形,即CD⊥DB.同时利用勾股定理也可得CD⊥PD,即可得CD⊥平面PDB.即CD⊥BE,即可得证. (3)连接AF,交BD于点O,则AO⊥BD.过点O作OH⊥PD于点H,连接AH,则AH⊥PD,则∠AHO为二面角A-PD-B的平面角. 【解析】 (Ⅰ)取BC中点F,连接AF,则CF=AD,且CF∥AD, ∴四边形ADCF是平行四边形,∴AF∥CD, ∴∠PAF(或其补角)为异面直线PA与CD所成的角(2分) ∵PB⊥平面ABCD,∴PB⊥BA,PB⊥BF. ∵PB=AB=BF=1,∴AB⊥BC,∴PA=PF=AF=. (4分) ∴△PAF是正三角形,∠PAF=60° 即异面直线PA与CD所成的角等于60°. (5分) (Ⅱ)在Rt△PBD中,PB=1,BD=,∴PD= ∵DE=2PE,∴PE= 则,∴△PBE∽△PDB,∴BE⊥PD、(7分) 由(Ⅰ)知,CF=BF=DF,∴∠CDB=90°. ∴CD⊥BD、又PB⊥平面PBD,∴PB⊥CD、 ∵PB∩BD=B,∴CD⊥平面PBD,∴CD⊥BE (9分) ∵CD∩PD=D,∴BE⊥平面PCD、(10分) (Ⅲ)连接AF,交BD于点O,则AO⊥BD、 ∵PB⊥平面ABCD,∴平面PBD⊥平面ABD,∴AO⊥平面PBD、 过点O作OH⊥PD于点H,连接AH,则AH⊥PD、 ∴∠AHO为二面角A-PD-B的平面角. (12分) 在Rt△ABD中,AO=. 在Rt△PAD中,AH=. (14分) 在Rt△AOH中,sin∠AHO=. ∴∠AHO=60°. 即二面角A-PD-B的大小为60°. (15分)
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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