Question

如圖，已知E，F分別是正方形ABCD邊BC、CD的中點，EF與AC交于點O，PA、NC都垂直于平面ABCD，且PA=AB=4，NC=2，M是線段PA上一動點．
（Ⅰ）求證：平面PAC⊥平面NEF；
（Ⅱ）若PC∥平面MEF，試求PM：MA的值；
（Ⅲ）當M是PA中點時，求二面角M-EF-N的余弦值．

Answer 1

解：（Ⅰ）連接BD，
∵PA⊥平面ABCD，BD?平面ABCD，
∴PA⊥BD，
又∵BD⊥AC，AC∩PA=A，
∴BD⊥平面PAC，
又∵E，F分別是BC、CD的中點，
∴EF∥BD，
∴EF⊥平面PAC，又EF?平面NEF，
∴平面PAC⊥平面NEF；（4分）
（Ⅱ）連接OM，
∵PC∥平面MEF，平面PAC∩平面MEF=OM，
∴PC∥OM，
∴，故PM：MA=1：3（6分）
（Ⅲ）∵EF⊥平面PAC，OM?平面PAC，∴EF⊥OM，
在等腰三角形NEF中，點O為EF的中點，∴NO⊥EF，
∴∠MON為所求二面角M-EF-N的平面角，（8分）
∵點M是PA的中點，∴AM=NC=2，
所以在矩形MNCA中，可求得，，，
（10分）
在△MON中，由余弦定理可求得，
∴二面角M-EF-N的余弦值為．（12分）
分析：（1）連接BD，由已知中E，F分別是正方形ABCD邊BC、CD的中點，EF與AC交于點O，PA、NC都垂直于平面ABCD，由線面垂直的性質及三角形中位線定理可得EF⊥平面PAC，再由面面垂直的判定定理，即可得到平面PAC⊥平面NEF；
（Ⅱ）連接OM，由線面平行的性質定理，可得PC∥OM，再由平行線分線段成比例定理得到PM：MA的值；
（Ⅲ）由（I）的結論，EF⊥平面PAC，可得EF⊥OM，而在等腰三角形NEF中，由等腰三角形“三線合一”可得NO⊥EF，故∠MON為所求二面角M-EF-N的平面角，解三角形MON即可得到答案．
點評：本題考查的知識點雖二面角的平面角及求法，直線與平面平行的性質及平面與平面垂直的判定及性質，判斷空間直線與平面之間的位置關系，熟練掌握相應判定定理是關鍵，而求二面角，找出二面角的平面角是關鍵．