重庆市南川中学2016-2017学年高二(上)期中数学试卷(理科)(解析版)
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2016-2017学年重庆市南川中学高二(上)期中数学试卷(理科)一、选择题:(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的).1.直线x﹣y+1=0的倾斜角为()A.B.C. D.2.若直线l的方向向量为=(1,﹣1,2),平面α的法向量为=(﹣2,2,﹣4),则()A.l∥α B.l⊥α C.l⊂α D.l与α斜交3.命题“∃x<0,2x>0”的否定是()A.∃x<0,2x≤0 B.∃x>0,2x≤0 C.∀x<0,2x>0 D.∀x<0,2x≤0 4.l1,l2,l3是空间三条不同的直线,则下列命题正确的是()A.l1⊥l2,l2⊥l3⇒l1∥l3B.l1⊥l2,l2∥l3⇒l1⊥l3C.l1∥l2∥l3⇒l1,l2,l3共面D.l1,l2,l3共点⇒l1,l2,l3共面5.若圆C1:x2+y2=1与圆C2:(x﹣3)2+(y﹣4)2=25﹣m外切,则m=()A.9 B.19 C.21 D.﹣116.“直线ax+y+1=0与(a+2)x﹣3y﹣2=0垂直”是“a=1”的()A.既不充分也不必要条件B.充分不必要条件C.充要条件D.必要不充分条件7.某三棱锥的三视图如图所示,则该三棱锥的表面积是()A.2+B.4+C.2+2D.58.下列各图是正方体或正四面体,P,Q,R,S分别是所在棱的中点,这四个点中不共面的一个图是()A. B.C.D.9.如图在正方体AC1中,直线BC1与平面A1BD所成的角的余弦值是()A.B.C.D.10.若直线ax﹣by+2=0(a>0,b>0)被圆x2+y2+2x﹣4y+1=0截得的弦长为4,则的最小值为()A.B.C. +D. +211.直三棱锥ABC﹣A1B1C1中,∠BCA=90°,M,N分别是A1B1,A1C1的中点,BC=CA=CC1,则BM与AN所成角的余弦值为()A.B.C.D.12.如果直线2ax﹣by+14=0(a>0,b>0)和函数f(x)=m x+1+1(m>0,m≠1)的图象恒过同一个定点,且该定点始终落在圆(x﹣a+1)2+(y+b﹣2)2=25的内部或圆上,那么的取值范围是()A.[,)B.(,] C.[,] D.(,)二、填空题:(本大题共4小题,每小题5分,共20分.把答案填在答题卡的相应位置)13.已知直线过点(2,0)与(0,﹣3),则该直线的方程为.14.方程x2+y2+ax+2ay+2a2+a﹣1=0表示圆,则a的取值范围是.15.已知A、B是球O的球面上两点,∠AOB=90°,C为该球面上的动点,若三棱锥O﹣ABC体积的最大值为,则球O的表面积为.16.已知0<k<4,直线l1:kx﹣2y﹣2k+8=0和直线l:2x+k2y﹣4k2﹣4=0与两坐标轴围成一个四边形,则使得这个四边形面积最小的k值为.三、解答题:共70分.解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤.17.已知直线l的方程为3x﹣4y+4=0(1)求过点(﹣2,2)且与直线l垂直的直线方程;(2)求与直线l平行且距离为2的直线方程.18.设命题p:实数x满足x2﹣4ax+3a2<0(a>0),命题q:实数x满足≤0,(1)若a=1,且p∧q为真,求实数x的取值范围;(2)若¬p是¬q的充分不必要条件,求实数a的取值范围.19.在如图所示的几何体中,四边形ABCD是正方形,MA⊥平面ABCD,PD∥MA,E、G、F分别为MB、PB、PC的中点.(1)求证:平面EFG∥平面PMA;(2)求证:平面EFG⊥平面PDC.20.在矩形ABCD中,以DA所在直线为x轴,以DA中点O为坐标原点,建立如图所示的平面直角坐标系.已知点B的坐标为(3,2),E、F为AD的两个三等分点,AC和BF交于点G,△BEG的外接圆为⊙H.(1)求证:EG⊥BF;(2)求⊙H的方程.21.在如图所示的圆锥中,OP是圆锥的高,AB是底面圆的直径,点C是弧AB 的中点,E是线段AC的中点,D是线段PB的中点,且PO=2,OB=1.(1)试在PB上确定一点F,使得EF∥面COD,并说明理由;(2)求点A到面COD的距离.22.如图,已知四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD为菱形,PA⊥平面ABCD,∠ABC=60°,E、F分别是BC,PC的中点.(1)证明:AE⊥平面PAD;(2)若H为PD上的动点,EH与平面PAD所成最大角的正切值为,求二面角E﹣AF﹣C的余弦值.2016-2017学年重庆市南川中学高二(上)期中数学试卷(理科)参考答案与试题解析一、选择题:(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的).1.直线x﹣y+1=0的倾斜角为()A.B.C. D.【考点】直线的倾斜角.【分析】x﹣y+1=0变为:y=x+1,求出它的斜率,进而求出倾斜角.【解答】解:将x﹣y+1=0变为:y=x+1,则直线的斜率k=1,由tan=1得,所求的倾斜角是,故选A.2.若直线l的方向向量为=(1,﹣1,2),平面α的法向量为=(﹣2,2,﹣4),则()A.l∥α B.l⊥α C.l⊂α D.l与α斜交【考点】平面的法向量.【分析】=(1,﹣1,2),=(﹣2,2,﹣4),可得,即可得出l与α的位置关系.【解答】解:∵=(1,﹣1,2),=(﹣2,2,﹣4),∴,∴l⊥α.故选:B.3.命题“∃x<0,2x>0”的否定是()A.∃x<0,2x≤0 B.∃x>0,2x≤0 C.∀x<0,2x>0 D.∀x<0,2x≤0【考点】命题的否定.【分析】利用特称命题的否定是全称命题写出结果即可.【解答】解:根据特称命题的否定为全称命题,可得命题“∃x<0,2x>0”的否定是“∀x<0,2x≤0”,故选:D.4.l1,l2,l3是空间三条不同的直线,则下列命题正确的是()A.l1⊥l2,l2⊥l3⇒l1∥l3B.l1⊥l2,l2∥l3⇒l1⊥l3C.l1∥l2∥l3⇒l1,l2,l3共面D.l1,l2,l3共点⇒l1,l2,l3共面【考点】平面的基本性质及推论;空间中直线与直线之间的位置关系.【分析】通过两条直线垂直的充要条件两条线所成的角为90°;判断出B对;通过举常见的图形中的边、面的关系说明命题错误.【解答】解:对于A,通过常见的图形正方体,从同一个顶点出发的三条棱两两垂直,A错;对于B,∵l1⊥l2,∴l1,l2所成的角是90°,又∵l2∥l3∴l1,l3所成的角是90°∴l1⊥l3,B对;对于C,例如三棱柱中的三侧棱平行,但不共面,故C错;对于D,例如三棱锥的三侧棱共点,但不共面,故D错.故选B.5.若圆C1:x2+y2=1与圆C2:(x﹣3)2+(y﹣4)2=25﹣m外切,则m=()A.9 B.19 C.21 D.﹣11【考点】圆与圆的位置关系及其判定.【分析】利用圆C1:x2+y2=1与圆C2:(x﹣3)2+(y﹣4)2=25﹣m外切,可得圆心距等于半径的和,即可得出结论.【解答】解:∵圆C1:x2+y2=1与圆C2:(x﹣3)2+(y﹣4)2=25﹣m外切,∴32+42=(1+)2,∴m=9,故选A.6.“直线ax+y+1=0与(a+2)x﹣3y﹣2=0垂直”是“a=1”的()A.既不充分也不必要条件B.充分不必要条件C.充要条件D.必要不充分条件【考点】必要条件、充分条件与充要条件的判断.【分析】由两条直线相互垂直,可得:﹣a×(﹣)=﹣1,解得a,即可判断出结论.【解答】解:由两条直线相互垂直,可得:﹣a×(﹣)=﹣1,解得a=﹣3或1.∴“直线ax+y+1=0与(a+2)x﹣3y﹣2=0垂直”是“a=1”的必要不充分条件.故选:D.7.某三棱锥的三视图如图所示,则该三棱锥的表面积是()A.2+B.4+C.2+2D.5【考点】由三视图求面积、体积.【分析】根据三视图可判断直观图为:OA⊥面ABC,AC=AB,E为BC中点,EA=2,EA=EB=1,OA=1,:BC⊥面AEO,AC=,OE=判断几何体的各个面的特点,计算边长,求解面积.【解答】解:根据三视图可判断直观图为:OA⊥面ABC,AC=AB,E为BC中点,EA=2,EC=EB=1,OA=1,∴可得AE⊥BC,BC⊥OA,运用直线平面的垂直得出:BC⊥面AEO,AC=,OE==2×2=2,S△OAC=S△OAB=×1=.∴S△ABC=2×=.S△BCO故该三棱锥的表面积是2,故选:C.8.下列各图是正方体或正四面体,P,Q,R,S分别是所在棱的中点,这四个点中不共面的一个图是()A. B.C.D.【考点】平面的基本性质及推论.【分析】在A中,由PQ∥SR,知P、Q、R、S四个点共面;在B中,由PQ∥SR,知P、Q、R、S四个点共面;在C中,由QR∥PA,知P、Q、R、S四个点共面;在D中,由QR和PS是异面直线,并且任意两个点的连线既不平行也不相交,知四个点共面不共面.【解答】解:在A中,由题意知在正方体中,PQ∥A'C',SR∥AC,所以PQ∥SR,则P、Q、R、S四个点共面,故A不对;在B中,由题意知在正方体中,PQ∥A'C',SR∥A'C',所以PQ∥SR,则P、Q、R、S四个点共面,故B不对;在C中,因为PR和QS分别是相邻侧面的中位线,所以PR∥BS,QS∥BD,即QR∥PA,所以P、Q、R、S四个点共面,故C不对;在D中,根据图中几何体得,P、Q、R、S四个点中任意两个点都在两个平面内,QR∥BD,PS∥AB,因为AB与BD相交,所以QR和PS是异面直线,并且任意两个点的连线既不平行也不相交,故四个点共面不共面,故D对;故选:D.9.如图在正方体AC1中,直线BC1与平面A1BD所成的角的余弦值是()A.B.C.D.【考点】直线与平面所成的角.【分析】设正方体的棱长等于1,建立空间直角坐标系,得出D、B、C1、A1各点的坐标,从而得出、、的坐标,利用垂直向量数量积为零的方法建立方程组解出=(1,﹣1,﹣1)是平面A1BD的一个法向量,利用向量的夹角公式算出cos<,>的值,即得直线BC1与平面A1BD所成角的正弦值,最后利用同角三角函数关系可得直线BC1与平面A1BD所成角的余弦值.【解答】解:分别以DA、DC、DD1为x、y、z轴建立如图所示空间直角坐标系设正方体的棱长等于1,可得D(0,0,0),B(1,1,0),C1(0,1,1),A1(1,0,1),∴=(﹣1,0,1),=(﹣1,0,﹣1),=(﹣1,﹣1,0)设=(x,y,z)是平面A1BD的一个法向量,则,取x=1,得y=z=﹣1∴平面A1BD的一个法向量为=(1,﹣1,﹣1)设直线BC1与平面A1BD所成角为θ,则sinθ=|cos<,>|==∴cosθ==,即直线BC1与平面A1BD所成角的余弦值是.故选:B.10.若直线ax﹣by+2=0(a>0,b>0)被圆x2+y2+2x﹣4y+1=0截得的弦长为4,则的最小值为()A.B.C. +D. +2【考点】直线与圆相交的性质;基本不等式.【分析】圆即(x+1)2+(y﹣2)2=4,表示以M(﹣1,2)为圆心,以2为半径的圆,由题意可得圆心在直线ax﹣by+2=0上,得到a+2b=2,故=+++1,利用基本不等式求得式子的最小值.【解答】解:圆x2+y2+2x﹣4y+1=0 即(x+1)2+(y﹣2)2=4,表示以M(﹣1,2)为圆心,以2为半径的圆,由题意可得圆心在直线ax﹣by+2=0(a>0,b>0)上,故﹣1a﹣2b+2=0,即a+2b=2,∴=+=+++1≥+2=,当且仅当时,等号成立,故选C.11.直三棱锥ABC﹣A1B1C1中,∠BCA=90°,M,N分别是A1B1,A1C1的中点,BC=CA=CC1,则BM与AN所成角的余弦值为()A.B.C.D.【考点】异面直线及其所成的角.【分析】画出图形,建立空间直角坐标系,从而求出向量,的坐标,从而BM与AN所成角的余弦值为||=.【解答】解:根据已知条件,分别以C1A1,C1B1,C1C所在直线为x,y,z轴,建立如图所示空间直角坐标系,设CA=2,则:A(2,0,2),N(1,0,0),B(0,2,2),A1(2,0,0),B1(0,2,0),M (1,1,0);∴;∴;∴BM与AN所成角的余弦值为.故选:D.12.如果直线2ax﹣by+14=0(a>0,b>0)和函数f(x)=m x+1+1(m>0,m≠1)的图象恒过同一个定点,且该定点始终落在圆(x﹣a+1)2+(y+b﹣2)2=25的内部或圆上,那么的取值范围是()A.[,)B.(,] C.[,] D.(,)【考点】点与圆的位置关系;指数函数的单调性与特殊点.【分析】由幂函数求出定点坐标,把定点坐标代入直线和圆的方程,求出a的取值范围,从而求出的取值范围.【解答】解:∵当x+1=0,即x=﹣1时,y=f(x)=m x+1+1=1+1=2,∴函数f(x)的图象恒过一个定点(﹣1,2);又直线2ax﹣by+14=0过定点(﹣1,2),∴a+b=7①;又定点(﹣1,2)在圆(x﹣a+1)2+(y+b﹣2)2=25的内部或圆上,∴(﹣1﹣a+1)2+(2+b﹣2)2≤25,即a2+b2≤25②;由①②得,3≤a≤4,∴≤≤,∴==﹣1∈[,];故选:C .二、填空题:(本大题共4小题,每小题5分,共20分.把答案填在答题卡的相应位置)13.已知直线过点(2,0)与(0,﹣3),则该直线的方程为 =1 .【考点】直线的两点式方程.【分析】由截距式,可得直线的方程.【解答】解:由截距式,可得直线的方程为=1.故答案为=1.14.方程x 2+y 2+ax +2ay +2a 2+a ﹣1=0表示圆,则a 的取值范围是 (﹣2,) .【考点】圆的一般方程.【分析】利用圆的一般式方程,D 2+E 2﹣4F >0即可求出a 的范围. 【解答】解:方程x 2+y 2+ax +2ay +2a 2+a ﹣1=0表示圆,所以D 2+E 2﹣4F >0即a 2+(2a )2﹣4(2a 2+a ﹣1)>0,∴3a 2+4a ﹣4<0,解得a 的取值范围是(﹣2,).故答案为:(﹣2,).15.已知A 、B 是球O 的球面上两点,∠AOB=90°,C 为该球面上的动点,若三棱锥O ﹣ABC 体积的最大值为,则球O 的表面积为 100π .【考点】球的体积和表面积.【分析】当点C 位于垂直于面AOB 的直径端点时,三棱锥O ﹣ABC 的体积最大,利用三棱锥O ﹣ABC 体积的最大值为,求出半径,即可求出球O 的表面积.【解答】解:如图所示,当点C 位于垂直于面AOB 的直径端点时,三棱锥O ﹣ABC 的体积最大,设球O 的半径为R ,此时V O ﹣ABC =V C ﹣AOB ==,故R=5,则球O 的表面积为4πR 2=100π,故答案为:100π.16.已知0<k<4,直线l1:kx﹣2y﹣2k+8=0和直线l:2x+k2y﹣4k2﹣4=0与两坐标轴围成一个四边形,则使得这个四边形面积最小的k值为.【考点】过两条直线交点的直线系方程;方程组解的个数与两直线的位置关系.【分析】先求出两直线经过的定点坐标,再求出直线与x 轴的交点,与y 轴的交点,得到所求的四边形,利用四边形的面积等于三角形ABD的面积和梯形OCBD的面积之和,再应用二次函数的性质求出面积最小时的k 值.【解答】解:如图所示:直线l1:kx﹣2y﹣2k+8=0 即k(x﹣2)﹣2y+8=0,过定点B(2,4),与y 轴的交点C(0,4﹣k),直线l:2x+k2y﹣4k2﹣4=0,即2x﹣4+k2(y﹣4)=0,过定点(2,4 ),与x 轴的交点A(2 k2+2,0),由题意知,四边形的面积等于三角形ABD的面积和梯形OCBD的面积之和,故所求四边形的面积为×4×(2 k2+2﹣2)+=4k2﹣k+8,∴k=时,所求四边形的面积最小,故答案为.三、解答题:共70分.解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤.17.已知直线l的方程为3x﹣4y+4=0(1)求过点(﹣2,2)且与直线l垂直的直线方程;(2)求与直线l平行且距离为2的直线方程.【考点】待定系数法求直线方程.【分析】(1)设与直线l:3x﹣4y+4=0垂直的直线方程为4x+3y+c=0,把点(﹣2,2)代入,能求出结果.(2)设与直线l平行且距离为2的直线方程为3x﹣4y+c=0,由平行线间的距离公式能求出结果.【解答】解:(1)设与直线l:3x﹣4y+4=0垂直的直线方程为4x+3y+c=0,把点(﹣2,2)代入,得:﹣8+6+c=0,解得c=2,∴过点(﹣2,2)且与直线l垂直的直线方程为:4x+3y+2=0.(2)设与直线l平行且距离为2的直线方程为3x﹣4y+c=0,则=2,解得c=14或c=2.∴与直线l平行且距离为2的直线方程为3x﹣4y+2=0或3x﹣4y+14=0.18.设命题p:实数x满足x2﹣4ax+3a2<0(a>0),命题q:实数x满足≤0,(1)若a=1,且p∧q为真,求实数x的取值范围;(2)若¬p是¬q的充分不必要条件,求实数a的取值范围.【考点】必要条件、充分条件与充要条件的判断;复合命题的真假.【分析】(1)由a=1得到命题p下的不等式,并解出该不等式,解出命题q下的不等式,根据p∧q为真,得到p真q真,从而求出x的取值范围;(2)先求出¬p,¬q,根据¬p是¬q的充分不必要条件,即可求出a的取值范围.【解答】解:(1)若a=1,解x2﹣4x+3<0得:1<x<3,解得:2<x≤∴命题p:实数x满足1<x<3,命题q:实数x满足2<x≤3;∵p∧q为真,∴p真,q真,∴x应满足,解得2<x<3,即x的取值范围为(2,3);(2)¬q为:实数x满足x≤2,或x>3;¬p为:实数x满足x2﹣4ax+3a2≥0,并解x2﹣4ax+3a2≥0得x≤a,或x≥3a;¬p是¬q的充分不必要条件,所以a应满足:a≤2,且3a>3,解得1<a≤2;∴a的取值范围为:(1,2].19.在如图所示的几何体中,四边形ABCD是正方形,MA⊥平面ABCD,PD∥MA,E、G、F分别为MB、PB、PC的中点.(1)求证:平面EFG∥平面PMA;(2)求证:平面EFG⊥平面PDC.【考点】平面与平面垂直的判定;平面与平面平行的判定.【分析】(1)推导出EC∥PM,GF∥BC∥AD,由此能证明平面EFG∥平面PMA.(2)推导出BC⊥DC,且BC⊥PD,由此能证明平面EFG⊥平面PDC.【解答】证明:(1)∵四边形ABCD是正方形,MA⊥平面ABCD,PD∥MA,E、G、F分别为MB、PB、PC的中点,∴EC∥PM,GF∥BC∥AD,∵PM与AD相交,EG∩GF=F,PM,AD⊂平面PMA,EG,GF⊂平面EFG,∴平面EFG∥平面PMA.(2)∵四边形ABCD是正方形,MA⊥平面ABCD,PD∥MA,∴BC⊥DC,且BC⊥PD,∵PD∩DC=D,∴BC⊥平面PDC,∵G、F分别为PB、PC的中点,∴GF∥BC,∴GF⊥平面PDC,∵GF⊂平面EFG,∴平面EFG⊥平面PDC.20.在矩形ABCD中,以DA所在直线为x轴,以DA中点O为坐标原点,建立如图所示的平面直角坐标系.已知点B的坐标为(3,2),E、F为AD的两个三等分点,AC和BF交于点G,△BEG的外接圆为⊙H.(1)求证:EG⊥BF;(2)求⊙H的方程.【考点】直线与圆的位置关系.【分析】(1)根据题意可知A,B,C,F的坐标,进而求得AC和BF的直线方程,联立求得焦点G的坐标,进而求得EG,BF的斜率,根据二者的乘积为﹣1判断出EG⊥BF;(2)求得圆心和半径,进而求得圆的标准方程.【解答】(1)证明:由题意,A(3,0),B(3,2),C(﹣3,2),F(﹣1,0).所以直线AC和直线BF的方程分别为:x+3y﹣3=0,x﹣2y+1=0,由,解得x=,y=,所以G点的坐标为(,).所以k EG=﹣2,K BF=,因为k EG•k BF=﹣1,所以EG⊥BF,(2)解:⊙H的圆心为BE中点H(2,1),半径为BH=,所以⊙H 方程为(x ﹣2)2+(y ﹣1)2=2.21.在如图所示的圆锥中,OP 是圆锥的高,AB 是底面圆的直径,点C 是弧AB 的中点,E 是线段AC 的中点,D 是线段PB 的中点,且PO=2,OB=1. (1)试在PB 上确定一点F ,使得EF ∥面COD ,并说明理由; (2)求点A 到面COD 的距离.【考点】点、线、面间的距离计算;棱柱、棱锥、棱台的体积.【分析】(1)连接BE ,设BE ∩OC=G ,由题意G 为△ABC 的重心,可得=2,连接DG ,利用EF ∥平面COD ,可得EF ∥DG ,进而得出F 点的位置.(2)由PO ⊥平面ABC ,可得OC ⊥PO ,利用线面面面垂直的判定与性质定理可得OC ⊥平面POB .OC ⊥OD .利用V A ﹣OCD =V D ﹣AOC ,即可得出.【解答】解:(1)连接BE ,设BE ∩OC=G ,由题意G 为△ABC 的重心,∴=2,连接DG ,∵EF ∥平面COD ,EF ⊂平面BEF ,平面BEF ∩平面COD=DG , ∴EF ∥DG ,∴==2,又BD=DP ,∴DF=PF=PB .∴点F 是PB 上靠近点P 的四等分点. (2)由PO ⊥平面ABC ,OC ⊂平面ABC ,∴OC ⊥PO ,又点C 是弧AB 的中点,OC ⊥AB ,∴OC ⊥平面POB . OD ⊂平面POB ,∴OC ⊥OD .S △COD =OC•OD==.∵V A ﹣OCD =V D ﹣AOC ,∴•S △COD •d=•PO ,∴d=,∴点A 到面COD 的距离.22.如图,已知四棱锥P ﹣ABCD 中,底面ABCD 为菱形,PA ⊥平面ABCD ,∠ABC=60°,E 、F 分别是BC ,PC 的中点. (1)证明:AE ⊥平面PAD ;(2)若H 为PD 上的动点,EH 与平面PAD 所成最大角的正切值为,求二面角E ﹣AF ﹣C 的余弦值.【考点】与二面角有关的立体几何综合题;直线与平面垂直的判定.【分析】(1)通过证明AE ⊥BC .PA ⊥AE .说明PA ⊊平面PAD ,AD ⊊平面PAD 且PA ∩AD=A ,利用直线与平面垂直的判定定理证明AE ⊥平面PAD .(2)解:设AB=2,H为PD上任意一点,连结AH,EH.由(1)知AE⊥平面PAD,则∠EHA为EH与平面PAD所成的角.(法一)在Rt△ESO中,求出cos∠ESO的值即可.(法二)由(1)知AE,AD,AP两两垂直,以A为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,求出平面AEF的一个法向量为,求出平面AFC的一个法向量,利用二面角公式求出二面角E﹣AF﹣C的余弦值.【解答】(1)证明:由四边形ABCD为菱形,∠ABC=60°,可得△ABC为正三角形.∵E为BC的中点,∴AE⊥BC.又BC∥AD,因此AE⊥AD.∵PA⊥平面ABCD,AE⊊平面ABCD,∴PA⊥AE.而PA⊊平面PAD,AD⊊平面PAD且PA∩AD=A,∴AE⊥平面PAD.(2)解:设AB=2,H为PD上任意一点,连结AH,EH.由(1)知AE⊥平面PAD,则∠EHA为EH与平面PAD所成的角.在Rt△EAH中,AE=,∴当AH最短时,∠EHA最大,即当AH⊥PD时,∠EHA最大.此时tan∠EHA===,因此AH=1.又AD=2,∴∠ADH=30°,∴PA=AD tan 30°=.(法一)∵PA⊥平面ABCD,PA⊊平面PAC,∴平面PAC⊥平面ABCD.过E作EO⊥AC于O,则EO⊥平面PAC,过O作OS⊥AF于S,连结ES,则∠ESO为二面角E﹣AF﹣C的平面角,在Rt△AOE中,EO=AE•sin 30°=,AO=AE•cos 30°=.又F是PC的中点,如图,PC==,∴AF=PC=,sin∠SAO==,在Rt△ASO中,SO=AO•sin∠SAO=,∴SE===,在Rt△ESO中,cos∠ESO===,即所求二面角的余弦值为.(法二)由(1)知AE,AD,AP两两垂直,以A为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,又E,F分别为BC,PC的中点,∴A(0,0,0),B(,﹣1,),C(,1,0),D(0,2,0),P(0,0,2),E(,0,0),F(,,),∴=(,0,0),=(,,).设平面AEF的一个法向量为=(x1,y1,z1),则因此,取z1=﹣1,则m=(0,,﹣1),∵BD⊥AC,BD⊥PA,PA∩AC=A,∴BD⊥平面AFC,故为平面AFC的一个法向量.又=(﹣,3,0),∴cos<,>===.∵二面角E﹣AF﹣C为锐角,∴所求二面角的余弦值为.2017年2月13日。