Question

如图，四棱锥P-ABCD中，底面ABCD为菱形，PD=AD，∠DAB=60°，PD⊥底面ABCD．
（1）求作平面PAD与平面PBC的交线，并加以证明；
（2）求PA与平面PBC所成角的正弦值；
（3）求平面PAD与平面PBC所成锐二面角的正切值．

Answer

（1）直接过P作BC的平行线L，根据线面平行可以证得L即为所求；
（2）求出A到平面PBC的距离为h（可以利用等体积法），再与PA作比值，即为PA与平面PBC所成角的正弦值．
（3）取BC中点M，连PM、DM，则PM⊥BC，结合PD⊥BC，又BC∥L，可得∠DPM为所求，然后求出∠DPM的正切值即可．
【解析】
（1）过P作BC的平行线L即为所求．（2分）
因为BC∥AD，BC⊄面PAD，AD⊆面PAD，
所以BC∥平面PAD，
因为平面PAD∩平面PBC=L，
所以BC∥L  （5分）
（2）【解析】
设PD=AD=1，设A到平面PBC的距离为h，
则由题意PA=PB=PC=，S△ABC==
在等腰△PBC中，可求S△PBC==
∴V A-PBC=V P-ABC，=，h=
∴sinθ===
（3）由题意可知，PA=PB=PC=，取BC中点M，连PM、DM，则PM⊥BC，
因为PD⊥BC，又BC∥L，
所以∠DPM为所求．（8分）
DM=DC•sin60°=；
在Rt△PDM中，（12分）
即平面PAD与平面PBC所成锐二面角的正切值为：．