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【题目】如下图所示,在三棱锥PABC中,PA⊥底面ABCPAAB,∠ABC=60°,∠BCA=90°,点DE分别在棱PBPC上,且DEBC.

(1)求证:BC⊥平面PAC

(2)当DPB的中点时,求AD与平面PAC所成的角的正弦值;

(3)是否存在点E,使得二面角ADEP为直二面角?并说明理由.

【答案】(1)见证明;(2) (3)见解析

【解析】

建立如图所示的空间直角坐标系,(1)通过证明,再结合即可得结论;(2)结合(1)中的结论进一步说明与平面所成的角,先通过向量夹角公式求出余弦值,再求正弦值;(3)由已知条件推导出为二面角的平面角,由此能推导出存在点使得二面角是直二面角.

A为原点,分别为y轴、z轴的正方向,

A点且垂直于平面PAB的直线为x轴,建立空间直角坐标系

PAa,由已知可得:A(0,0,0),B(0,a,0),CP(0,0,a).

(1)=(0,0,a),,∴=0,∴,∴BCAP

又∵∠BCA=90°,∴BCAC,∴BC⊥平面PAC.

(2)∵DPB的中点,DEBC,∴EPC的中点,

DE

∴由(1)知,BC⊥平面PAC,∴DE⊥平面PAC,垂足为点E

∴∠DAEAD与平面PAC所成的角,

,∴cos∠DAE

AD与平面PAC所成的角的正弦值为.

(3)∵DEBC,又由(1)知BC⊥平面PAC,∴DE⊥平面PAC

又∵AE平面PACPE平面PAC

DEAEDEPE,∴∠AEP为二面角ADEP的平面角.

PA⊥底面ABC,∴PAAC,∴∠PAC=90°,

∴在棱PC上存在一点E,使得AEPC,这时∠AEP=90°,

故存在点E,使得二面角ADEP是直二面角.

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