Question

如图，在四棱锥P-ABCD中，底面ABCD是直角梯形，∠BCD=90°又AB=BC=PC=1，PB=，CD=2，AB⊥PC．
（Ⅰ）求证：PC⊥平面ABCD；
（Ⅱ）求PA与平面ABCD所成角的大小；
（Ⅲ）求二面角B-PD-C的大小．

Answer

（Ⅰ）由BC2+PC2=PB2，得PC⊥BC，再由AB⊥PC，得PC⊥平面ABCD．
（Ⅱ）先找或作出角，再求解，由（Ⅰ）知PC⊥平面ABCD，则∠PAC为PA与平面ABCD所成的角．
（Ⅲ）在图中不存在，同作出角来，∠CMB为二面角B-PD-C的平面角，求解时放在△CMB中．
【解析】
（Ⅰ）证明：在△PBC中，BC=PC=1，PB=，
∴BC2+PC2=PB2，
∴∠PCB=90°，即PC⊥BC，
∵AB⊥PC，AB∩BC=B，
∴PC⊥平面ABCD．

（Ⅱ）如图，连接AC，由（Ⅰ）知PC⊥平面ABCD
∴AC为PA在平面ABCD内的射影，
∴∠PAC为PA与平面ABCD所成的角．
在△ABC中，∠ABC=90°，AB=BC=1，
∴，
在△PAC中，，
∴，
∴PA与平面ABCD所成角的大小为．

（Ⅲ）由（Ⅰ）知PC⊥BC，
又BC⊥CD，PC∩CD=C，
∴BC⊥平面PCD．
如图，过C作CM⊥D于M，连接BM，
∴CM是BM在平面PCD内的射影，
∴BM⊥PD，
∴∠CMB为二面角B-PD-C的平面角．
在△PCD中，∠PCD=90°，PC=1，CD=2，
∴，
又CM⊥PD，∴PD•CM=PC•CD，
，
在△CMB中，∠BCM=90°，BC=1，，
∴，
∴二面角B-PD-C的大小为．