Question

已知正四棱锥P-ABCD的底面边长为4，侧面与底面所成的二面角为60°，E、F分别是侧棱PA、PD的中点．求：
（Ⅰ）直线BE与侧棱PC所成的角的大小；
（Ⅱ）AC与截面BCFE所成的角的大小．

Answer

（Ⅰ）先根据侧面与底面所成的二面角为60°可得△PMN是等边三角形；再设AC与MN的交点为O可得∠BEO是PC与BE所成的角；最后通过计算三角形的边长即可求出直线BE与侧棱PC所成的角的大小；
（Ⅱ）过O作OH⊥GN于H，先根据BC⊥MN，BC⊥PN证得BC⊥平面PMN；进而得到平面BCFE⊥平面PMN，可得OH⊥平面BCFE，进而分析出∠OCH是直线AC与平面BCFE所成的角，最后通过计算三角形的边长即可求出结论．
【解析】
（Ⅰ）分别取AD、BC中点M、N，连接PM交EF于G，连接PN、GN、MN．
则PM⊥AD，MN⊥AD．∠PMN是侧面与底面所成的二面角的平面角．
故∠PMN=60°，△PMN是等边三角形．  …（2分）
设AC与MN的交点为O，连接OE，则OE∥PC，
∠BEO是PC与BE所成的角．                            …（4分）
∵PO⊥BD，AC⊥BD，
∴BD⊥平面PAC，从而BO⊥OE，AB=4，
则OB=2，OE=，
tan∠BEO==，BE与PC所成的角为arctan；  …（6分）
（Ⅱ）过O作OH⊥GN于H，连接CH．
∵BC⊥MN，BC⊥PN，MN∩PN=N，
∴BC⊥平面PMN．      …（8分）
∴平面BCFE⊥平面PMN．
∴OH⊥平面BCFE．
∠OCH是直线AC与平面BCFE所成的角．…（10分）
在Rt△OCH中，OH=MG=1，OC=2，
sin∠OCH=．
因此AC与平面BCFE所成的角为arcsin．…（12分）