如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD为正方形,且PA=AD=2,E、F分别为棱AD、PC的中点.(1)求异面直线EF和PB所成角的大小;
(2)求证:平面PCE⊥平面PBC;
(3)求直线BD与平面PBC所成角.在线课程解:(1)分别以直线AB、AD、AP为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,如图所示,则A(0,0,0),B(2,0,0),
C(2,2,0),D(0,2,0),P(0,0,2).
(1)∵E为线段AD的中点,∴E(0,1,0);F为PC的中点,∴F(1,1,1).
∴
=(1,0,1),又
=(2,0,-2),∴
=
=0,∴
.∴异面直线EF和PB所成角为90°;
(2)证明:∵
=(0,2,0),∴
=0+0+0=0,∴EF⊥BC;由(1)可知:EF⊥BP,而BC∩BP=B,∴EF⊥平面PBC,
又EF?平面PEC,∴平面PEC⊥平面PBC.
(3)由(2)可知:EF⊥平面PBC,∴可取
作为平面PBC的法向量,设BD与平面PBC所成的角为θ,又
,∴sinθ=
=
=
=
.∵
,∴
.故直线BD与平面PBC所成角为
.分析:通过建立空间直角坐标系,(1)利用异面直线的方向向量的夹角即可求出异面直线所成的角;
(2)由(1)可知EF⊥BP,只要再证明EF⊥BC即可证明EF⊥平面PBC,进而得到面面垂直;
(3)若
为平面PBC的法向量,θ为斜线BD与平面所成的角,利用
求出即可.点评:熟练掌握通过建立空间直角坐标系,利用直线的方向向量所成的角求异面直线所成的角、
?
证明垂直及利用平面的法向量证明线面、面面垂直、求线面角是解题的关键.