21.(I)解:由
平面ABCD,BC
平面ABCD,得
。
由
,得
。
又
,则
平面PDC……………………2分
所以
为直线PB与平面PDC所成的角
令
,则
,
,可求出
。………………3分
由
平面PDC,PC
平面PDC,得
。
在
中,由
得
即直线PB与平面PDC所成的角为
……………………………………4分
(II)解法(一):
取PC中点E,连DE,则
。
由BC
平面PDC,BC
平面PBC
得平面PDC
平面PBC。
则DE
平面PBC。…………………………………………………………5分
作
于F,连DF
由三垂线定理,得
则
为二面角D-PB-C的平面角…………………………………7分
在
中,求得
在
中,求得
在
中,
即二面角D-PB-C大小的正切值为
………………………………8分

解法(二):
由
平面ABCD,PD
平面PDB
得平面
平面ABCD
作
于H
则
平面PDB…………………………………………………………5分
作
于F,连CF
由三垂线定理得
则
为二面角D-PB-C的平面角………………………………7分
在等腰
中,求出斜边上的中线
在
中,求出
,可进一步求出斜边上的高
在
中,求出

即二面角D-PB-C大小的正切值是
…………………………………8分

(III)证:取PB中点G,连AG和EG
由三角形中位线定理得
由已知,AD//BC,
则四边形AGED为平行四边形
………………………………………………………………10分
由(II)的解法(一),已证出
平面PBC
平面PBC
又
平面PAB
平面PAB
平面PBC…………………………………………………12分

(IV)证:取PB中点G,连AG和EG
由三角形中位线定理得
由已知,AD//BC,

则四边形AGED为平行四边形
………………………………………………………………10分
又
平面PAB,DE
平面PAB
平面PAB……………………………………………………12分