Question

如圖，△BCD所在的平面垂直于正△ABC所在的平面，∠BCD=90°，PA⊥平面ABC，DC=BC=2PA，E，F(xiàn)分別為DB，CB的中點(diǎn)，
（1）證明PE∥平面ABC；
（2）證明AE⊥BC；
（3）求直線PF與平面BCD所成的角的大�。�

Answer 1

解：（1）連接EF，AF
∵平面BCD⊥平面ABC，平面BCD∩平面ABC=BC，CD⊥BC
∴CD⊥平面ABC，結(jié)合PA⊥平面ABC，可得PA∥CD
∵EF是△BCD的中位線，∴EF∥CD且EF=CD
∵PA∥CD且PA=CD，∴四邊形PAFE是平行四邊形，可得PE∥AF，
∵PE?平面ABC，AF?平面ABC，∴PE∥平面ABC；
（2）∵PA⊥平面ABC，BC?平面ABC，∴BC⊥PA
∵正△ABC中，F(xiàn)為BC中點(diǎn)，∴BC⊥AF
∵AF、PA是平面PAFE內(nèi)的相交直線，
∴BC⊥平面PAFE，
∵AF?平面PAFE，∴AE⊥BC；
（3）∵平面BCD⊥平面ABC，平面BCD∩平面ABC=BC，AF⊥BC
∴AF⊥平面BCD，結(jié)合PE∥AF可得PE⊥平面BCD，
因此，∠PFE就是直線PF與平面BCD所成的角
∵正△ABC中，F(xiàn)為BC中點(diǎn)，∴AF=BC，可得PE=BC，
又∵△BCD的中位線FE=CD，CD=BC，∴FE=BC
因此RtPEF中，tan∠PFE==，可得∠PFE=60°
即直線PF與平面BCD所成的角的大小為60°．
分析：（1）連接EF，AF．由面面垂直的性質(zhì)證出CD⊥平面ABC，從而得到PA∥CD，再用三角形中位線定理和DC=2PA，證出四邊形PAFE是平行四邊形，可得PE∥AF，結(jié)合線面平行判定定理即可得到PE∥平面ABC；
（2）根據(jù)線面垂直的性質(zhì)，得到BC⊥PA．由正三角形的性質(zhì)，得出BC⊥AF，結(jié)合線面垂直判定定理得到BC⊥平面PAFE，
從而證出AE⊥BC；
（3）由面面垂直的性質(zhì)和平行線的性質(zhì)，可得PE⊥平面BCD，從而得到，∠PFE就是直線PF與平面BCD所成的角．在RtPEF中，利用題中的數(shù)據(jù)和正切的定義算出∠PFE的正切值為，從而得到∠PFE=60°，即得直線PF與平面BCD所成的角的大�。�
點(diǎn)評(píng)：本題給出等腰三角形所在平面與正三角形所在平面垂直，且它們有一條公共邊，求直線與平面所成的角并證明了線面平行、線面垂直，著重考查了空間平行、垂直位置關(guān)系的證明和直線與平面所成角求法等知識(shí)，屬于中檔題．