如图，在三棱锥P-ABC中，PA⊥底面ABC，PA=AB，∠ABC=60°，∠BCA=90°，点D，E分别在棱PB，PC上，且DE∥BC．（Ⅰ）求证：BC⊥平面PAC；（Ⅱ）当D为PB的中点时，求AD与平面PAC所成的角的大小；（Ⅲ）

Question

如图，在三棱锥P-ABC中，PA⊥底面ABC，PA=AB，∠ABC=60°，∠BCA=90°，点D，E分别在棱PB，PC上，且DE∥BC．

（Ⅰ）求证：BC⊥平面PAC；
（Ⅱ）当D为PB的中点时，求AD与平面PAC所成的角的大小；
（Ⅲ）是否存在点E使得二面角A-DE-P为直二面角？并说明理由．

Answer 1

（Ⅰ）∵PA⊥底面ABC，∴PA⊥BC．
又∵∠BCA=90°，∴AC⊥BC．
∵PA∩AC=A，∴BC⊥平面PAC．…（4分）
（Ⅱ）∵D为PB的中点，DE∥BC，
∴DE=(1)/(2)BC，
又由（Ⅰ）知，BC⊥平面PAC，
∴DE⊥平面PAC，垂足为点E．
∴∠DAE是AD与平面PAC所成的角，…（6分）
∵PA⊥底面ABC，∴PA⊥AB，又PA=AB，
∴△ABP为等腰直角三角形，∴AD=(1)/(√(2))AB，
∴在Rt△ABC中，∠ABC=60°，∴BC=(1)/(2)AB．
∴在Rt△ADE中，sin∠DAE=(DE)/(AD)=(BC)/(2AD)=(√(2))/(4)，
∴AD与平面PAC所成的角的大小arcsin(√(2))/(4)．…（8分）
（Ⅲ）∵DE∥BC，又由（Ⅰ）知，BC⊥平面PAC，∴DE⊥平面PAC，
又∵AE⊂平面PAC，PE⊂平面PAC，
∴DE⊥AE，DE⊥PE，
∴∠AEP为二面角A-DE-P的平面角，…（10分）
∵PA⊥底面ABC，∴PA⊥AC，∴∠PAC=90°．
∴在棱PC上存在一点E，
使得AE⊥PC，这时∠AEP=90°，
故存在点E使得二面角A-DE-P是直二面角．…（12分）