如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,侧棱PA垂直于底面,E、F分别是AB、PC的中点.
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解题思路:(1)根据题意可得:PA⊥CD,又由于CD⊥AD,利用线面垂直的判定定理可知CD⊥平面PAD,再利用线面垂直的定义可知CD⊥PD;

(2)取PD中点M,连接FM,AM,所以FM∥CD,

FM=

1

2

CD

,并且AE∥CD,

AE=

1

2

CD

,可得AEFM是平行四边形,所以EF∥AM,再利用线面平行的判定定理即可证明.

(3)取CD中点G,连接FG,EG,可得EG⊥CD,所以FG⊥CD,所以可得∠FGE为二面角P-CD-A的平面角,进而利用解三角形的有关知识解决问题即可.

证明:(1)∵PA⊥底面ABCD,CD⊂平面ABCD,

∴PA⊥CD.

又∵CD⊥AD,CD⊥平面PAD.

∴CD⊥PD.(4分)

(2)取PD中点M,连接FM,AM,

∵F为PC中点

∴FM∥CD,FM=

1

2CD

∵E为AB中点,ABCD为矩形,

∴AE∥CD,AE=

1

2CD,

∴AE∥FM,AE=FM,

∴AEFM是平行四边形,

∴EF∥AM,

∵AM⊂平面PAD,

∴EF∥平面PAD,(8分)

(3)取CD中点G,连接FG,EG

∵E,G为矩形ABCD中AB,CD中点,

∴EG⊥CD.

∵F,G为PC,CD中点,

∴FG∥PD,FG=

1

2PD,

∵PD⊥CD,

∴FG⊥CD.

∴∠FGE为二面角P-CD-A的平面角

∵∠PAD=90°,M为PD中点,

∴EF=AM=[1/2]PD,

∴EF=FG

又∵FG⊥CD,EG⊥CD,FG∩EG=G,

∴CD⊥平面EFG,

∵EF⊂平面EFG,

∴CD⊥EF,

∵FG⊂面PCD,CD⊂面PCD,FG∩CD=G,

∴当EF⊥FG即∠EFG=90°时,EF⊥面PCD,此时∠FGE=45°(12分)

点评:

本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题;直线与平面平行的判定.

考点点评: 本题考查证明线面平行以及线线垂直的判定定理,并且也考查求二面角的平面角的有关知识,找出二面角的平面角是解题的难点和关键.