Question

【題目】如圖，在四棱錐P﹣ABCD中，AD∥BC，∠ADC=∠PAB=90°，BC=CD= AD．E為棱AD的中點(diǎn)，異面直線PA與CD所成的角為90°．
（1）在平面PAB內(nèi)找一點(diǎn)M，使得直線CM∥平面PBE，并說明理由；
（2）若二面角P﹣CD﹣A的大小為45°，求直線PA與平面PCE所成角的正弦值．

Answer 1

【答案】
（1）

解：延長AB交直線CD于點(diǎn)M，∵點(diǎn)E為AD的中點(diǎn)，∴AE=ED= AD，

∵BC=CD= AD，∴ED=BC，

∵AD∥BC，即ED∥BC．∴四邊形BCDE為平行四邊形，即EB∥CD．

∵AB∩CD=M，∴M∈CD，∴CM∥BE，

∵BE平面PBE，∴CM∥平面PBE，

∵M(jìn)∈AB，AB平面PAB，

∴M∈平面PAB，故在平面PAB內(nèi)可以找到一點(diǎn)M（M=AB∩CD），使得直線CM∥平面PBE

（2）

解：如圖所示，

∵∠ADC=∠PAB=90°，異面直線PA與CD所成的角為90°，AB∩CD=M，

∴AP⊥平面ABCD．

∴CD⊥PD，PA⊥AD．

因此∠PDA是二面角P﹣CD﹣A的平面角，大小為45°．

∴PA=AD．

不妨設(shè)AD=2，則BC=CD= AD=1．∴P（0，0，2），E（0，1，0），C（﹣1，2，0），

∴ =（﹣1，1，0）， =（0，1，﹣2）， =（0，0，2），

設(shè)平面PCE的法向量為 =（x，y，z），則 ，可得： ．

令y=2，則x=2，z=1，∴ =（2，2，1）．

設(shè)直線PA與平面PCE所成角為θ，則sinθ= = = = ．

【解析】（1）延長AB交直線CD于點(diǎn)M，由點(diǎn)E為AD的中點(diǎn)，可得AE=ED= AD，由BC=CD= AD，可得ED=BC，已知ED∥BC．可得四邊形BCDE為平行四邊形，即EB∥CD．利用線面平行的判定定理證明得直線CM∥平面PBE即可．
（2）如圖所示，由∠ADC=∠PAB=90°，異面直線PA與CD所成的角為90°AB∩CD=M，可得AP⊥平面ABCD．由CD⊥PD，PA⊥AD．因此∠PDA是二面角P﹣CD﹣A的平面角，大小為45°．PA=AD．不妨設(shè)AD=2，則BC=CD= AD=1．可得P（0，0，2），E（0，1，0），C（﹣1，2，0），利用法向量的性質(zhì)、向量夾角公式、線面角計(jì)算公式即可得出．
本題考查了空間位置關(guān)系、空間角計(jì)算公式、法向量的性質(zhì)，考查了空間想象能力、推理能力與計(jì)算能力，屬于中檔題．
【考點(diǎn)精析】認(rèn)真審題，首先需要了解直線與平面平行的判定(平面外一條直線與此平面內(nèi)的一條直線平行，則該直線與此平面平行；簡記為：線線平行，則線面平行)，還要掌握空間角的異面直線所成的角(已知為兩異面直線，A，C與B，D分別是上的任意兩點(diǎn)，所成的角為，則)的相關(guān)知識(shí)才是答題的關(guān)鍵．