Question

如图，在四棱锥P-ABCD中，底面ABCD为菱形，∠BAD=60°，Q为AD的中点，PA=PD=AD=2．
（Ⅰ）求证：AD⊥平面PQB；
（Ⅱ）点M在线段PC上，PM=tPC，试确定t的值，使PA∥平面MQB；
（Ⅲ）若PA∥平面MQB，平面PAD⊥平面ABCD，求二面角M-BQ-C的大小．

Answer 1

【答案】分析：（Ⅰ）证明AD⊥BQ，AD⊥PQ，利用线面垂直的判定，可得AD⊥平面PQB．；
（Ⅱ）利用PA∥平面MQB，可得MN∥PA，利用比例关系，即可得到结论；
（Ⅲ）证明PQ⊥平面ABCD，建立空间直角坐标系，求出平面MQB的法向量=，取平面ABCD的法向量=（0，0，1），利用向量的夹角公式，即可求得二面角M-BQ-C的大小．
解答：（Ⅰ）证明：连接BD．
因为四边形ABCD为菱形，∠BAD=60°，所以△ABD为正三角形．
又Q为AD中点，所以AD⊥BQ．
因为PA=PD，Q为AD的中点，所以AD⊥PQ．
又BQ∩PQ=Q，所以AD⊥平面PQB．
（Ⅱ）解：当时，PA∥平面MQB．
下面证明：连接AC交BQ于N，连接MN．
因为AQ∥BC，所以．
因为PA∥平面MQB，PA?平面PAC，平面MQB∩平面PAC=MN，
所以MN∥PA，
所以，所以，即． （9分）
（Ⅲ）解：因为PQ⊥AD，平面PAD⊥平面ABCD，交线为AD，所以PQ⊥平面ABCD．
以Q为坐标原点，分别以QA，QB，QP所在的直线为x，y，z轴，建立如图所示的空间直角坐标系Q-xyz．
由PA=PD=AD=2，则有A（1，0，0），，．
设平面MQB的法向量为=（x，y，z），由，且，，可得
令z=1，得．
所以=为平面MQB的一个法向量．  
取平面ABCD的法向量=（0，0，1），
则=，故二面角M-BQ-C的大小为60°．
点评：本题考查线面垂直、线面平行，考查面面角，正确运用线面垂直、线面平行的判定与性质，利用向量的夹角公式是关键．