Question

如圖，在五面體P-ABCD中，底面ABCD是平行四邊形，∠BAD=60°，AB=4，AD=2，PB=，PD=．
（1）求證：BD⊥平面PAD；
（2）若PD與底面ABCD成60°的角，試求二面角P-BC-A的大小．

Answer 1

解 （1）由已知AB=4，AD=2，∠BAD=60°，
得BD²=AD²+AB²-2AD•ABcos60°=4+16-2×2×4×=12．
∴AB²=AD²+BD²，∴△ABD是直角三角形，
∠ADB=90°，即AD⊥BD．
在△PDB中，PD=，PB=，BD=，
∴PB²=PD²+BD²，故得PD⊥BD．
又PD∩AD=D，∴BD⊥平面PAD．
（2）∵BD⊥平面PAD，BD?平面ABCD，
∴平面PAD⊥平面ABCD．
作PE⊥AD于E，又PE?平面PAD，∴PE⊥平面ABCD，
∴∠PDE是PD與底面BCD所成的角，∴∠PDE=60°，
∴PE=PDsin60°=•=
作EF⊥BC于F，連PF，則PF⊥BC，∴∠PFE是二面角P-BC-A的平面角．
又EF=BD=，∴在Rt△PEF中，
tan∠PFE===．
故二面角P-BC-A的大小為arctan．
分析：（1）證明直線與平面垂直，關鍵要找到兩條相交直線與之都垂直．本小問利用勾股定理的逆定理可證得AD⊥BD，PD⊥BD，從而證出BD⊥平面PAD；
（2）作PE⊥AD于E，證出∠PDE是PD與底面BCD所成的角，再作EF⊥BC于F，連PF，則PF⊥BC，∴∠PFE是二面角P-BC-A的平面角．在Rt△PEF中，求∠PFE．
點評：本小題主要考查空間線面關系、二面角的度量，考查化歸與轉化的數學思想方法，以及空間想象能力、推理論證能力和運算求解能力