Question

如图，PA⊥平面ABCD，四边形ABCD是矩形，PA=AB=1，PD与平面ABCD所成角是30°，点F是PB的中点，点E在矩形ABCD的边BC上移动．
（Ⅰ）证明：无论点E在边BC的何处，都有PE⊥AF；
（Ⅱ）当CE等于何值时，二面角P-DE-A的大小为45°．

Answer

（I）由题意可得此题是证明线面垂直的问题，即证明直线AF垂直于平面PBE，而当点E在BC上无论怎样运动时直线PE都在此平面内，因此只需证明已知直线垂直于平面内的两条相交直线即可．
（II）过A作AG⊥DG于G，连PG，根据二面角的定义可得∠PAG是二面角P-DE-A的平面角，因为∠PGA=45°且PD与平面ABCD所成角是30°，所以∠PDA=30°，进而可得一些有关相等的长度，设BE=x，则GE=x，CE=-x，利用△DCE是直角三角形．
【解析】
（I）证明：∵PA⊥平面ABCD，BE⊂平面ABCD，
∴EB⊥PA，
又∵EB⊥AB，AB∩AP=A，AB，AP⊂平面PAB，
∴EB⊥平面PAB，
又∵AF⊂平面PAB，∴AF⊥BE，
又∵PA=AB=1，点F是PB的中点，
∴AF⊥平面PBE．
∵PE⊂平面PBE，
∴AF⊥PE．
（II）过A作AG⊥DG于G，连PG，
∵DE⊥PA，∴DE⊥平面PAG，则∠PAG是二面角P-DE-A的平面角，
∴∠PGA=45°
∵PD与平面ABCD所成角是30°，
∴∠PDA=30°，
∴AD=，PA=AB=1．
∴AG=1，DG=，
设BE=x，则GE=x，CE=-x，
在Rt△DCE中，（+x）2=（-x）2+12，
得BE=x=-．
故CE=．