Question

如图，在四棱锥P-ABCD中，底面ABCD是边长为1的菱形，，PA⊥底面ABCD，PA=2，M为PA的中点，N为BC的中点．
（Ⅰ）证明：直线MN∥平面PCD；
（Ⅱ）求二面角A-PD-C的大小．

Answer

（Ⅰ）取PD的中点E，由M为PA的中点，N为BC的中点，能够导出四边形MNCE是平行四边形，由此能够证明MN∥平面PCD．
（Ⅱ）作AF⊥AD，交BC于F，分别以AF，AD，AP为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系，由此利用向量法能够证明二面角A-PD-C的大小．
（Ⅰ）证明：取PD的中点E，
∵M为PA的中点，N为BC的中点，
∴ME，NC，
∴MENC，
∴四边形MNCE是平行四边形，
∴MN∥EC，
∵MN⊄平面PCD，EC⊂平面PCD，
∴MN∥平面PCD．
（Ⅱ）【解析】
作AF⊥AD，交BC于F，
分别以AF，AD，AP为x轴，y轴，z轴，建立如图所示的空间直角坐标系，

则A（0，0，0），BP（0，0，2），C（），D（0，1，0），
，，
，，
设平面PAD的一个法向量为，
则=0，=0，
∴，∴=（1，0，0），
设平面PCD的法向量=（x1，y1，z1），
则=0，=0，
∴，
∴，
∴cos＜＞==．
∴二面角A-PD-C的大小为arccos．