Question

如图四棱锥P-ABCD中，PA⊥底面ABCD，PA=4正方形的边长为2
（1）求点A到平面PCD的距离；
（2）求直线PA与平面PCD所成角的大小；
（3）求以PCD与PAC为半平面的二面角的正切值．

Answer

（1）过A作AE⊥PD，由平面ABCD，知平面PAD⊥平面ABCD，由CD⊥平面PAD，知CD⊥AE，由AE为A到平面PCD的距离．由此能求出题点A到平面PCD的距离的大小．
（2）由AE⊥平面PCD，知∠APD为直线PA与平面PCD所成的角，由此能求出直线PA与平面PCD所成角的大小．
（3）过A作AF⊥PC，连EF，AE⊥平面PCD，由三垂线定理的逆定理知EF⊥PC，所以∠AFE为二面角A-PC-D的平面角，由此能求出以PCD与PAC为半平面的二面角的正切值．
【解析】
（1）过A作AE⊥PD，
∵平面ABCD，
∴平面PAD⊥平面ABCD，
∵，
∴CD⊥平面PAD．
又∵AE⊂平面PAD，
∴CD⊥AE，
∵平面PCD，
∴AE为A到平面PCD的距离．
在Rt△PAD中：

由，
得．
（2）由（1）知AE⊥平面PCD，
∴∠APD为直线PA与平面PCD所成的角
在Rt△PAD中：
．
（3）过A作AF⊥PC，连EF，
由（1）知AE⊥平面PCD，
由三垂线定理的逆定理知EF⊥PC，
∴∠AFE为二面角A-PC-D的平面角，
在Rt△PAC中，
在Rt△AEF中，
∴．