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.