分析:(I)直線l∥平面PAC.連接EF,利用三角形的中位線定理可得,EF∥AC;利用線面平行的判定定理即可得到EF∥平面ABC.由線面平行的性質(zhì)定理可得EF∥l.再利用線面平行的判定定理即可證明直線l∥平面PAC.
(II)綜合法:利用線面垂直的判定定理可證明l⊥平面PBC.連接BE,BF,因為BF?平面PBC,所以l⊥BC.故∠CBF就是二面角E-l-C的平面角,即∠CBF=β.
已知PC⊥平面ABC,可知CD是FD在平面ABC內(nèi)的射影,故∠CDF就是直線PQ與平面ABC所成的角,即∠CDF=θ.由BD⊥平面PBC,有BD⊥BF,知∠BDF=α,分別利用三個直角三角形的邊角關(guān)系即可證明結(jié)論;
向量法:以點C為原點,向量
,,所在直線分別為x,y,z軸,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,利用兩個平面的法向量的夾角即可得出二面角.
解答:解:(Ⅰ)直線l∥平面PAC,證明如下:
連接EF,因為E,F(xiàn)分別是PA,PC的中點,所以EF∥AC,
又EF?平面ABC,且AC?平面ABC,所以EF∥平面ABC.
而EF?平面BEF,且平面BEF∩平面ABC=l,所以EF∥l.
因為l?平面PAC,EF?平面PAC,所以直線l∥平面PAC.
(Ⅱ)(綜合法)如圖1,連接BD,由(Ⅰ)可知交線l即為直線BD,且l∥AC.
因為AB是⊙O的直徑,所以AC⊥BC,于是l⊥BC.
已知PC⊥平面ABC,而l?平面ABC,所以PC⊥l.
而PC∩BC=C,所以l⊥平面PBC.
連接BE,BF,因為BF?平面PBC,所以l⊥BF.
故∠CBF就是二面角E-l-C的平面角,即∠CBF=β.
由
=,作DQ∥CP,且
DQ=CP.
連接PQ,DF,因為F是CP的中點,CP=2PF,所以DQ=PF,
從而四邊形DQPF是平行四邊形,PQ∥FD.
連接CD,因為PC⊥平面ABC,所以CD是FD在平面ABC內(nèi)的射影,
故∠CDF就是直線PQ與平面ABC所成的角,即∠CDF=θ.
又BD⊥平面PBC,有BD⊥BF,知∠BDF=α,
于是在Rt△DCF,Rt△FBD,Rt△BCF中,分別可得
sinθ=,sinα=,sinβ=,
從而
sinαsinβ=•==sinθ,即sinθ=sinαsinβ.
(Ⅱ)(向量法)如圖2,由
=,作DQ∥CP,且
DQ=CP.
連接PQ,EF,BE,BF,BD,由(Ⅰ)可知交線l即為直線BD.
以點C為原點,向量
,,所在直線分別為x,y,z軸,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,設(shè)CA=a,CB=b,CP=2c,則有
C(0,0,0),A(a,0,0),B(0,b,0),P(0,0,2c),Q(a,b,c),E(a,0,c),F(xiàn)(0,0,c).
于是
=(a,0,0),=(-a,-b,c),=(0,-b,c),
∴
cosα==
,從而
sinα==,
又取平面ABC的一個法向量為
=(0,0,1),可得
sinθ==,
設(shè)平面BEF的一個法向量為
=(x,y,z),
所以由
可得
取(0,c,b).
于是
|cosβ|==,從而
sinβ==.
故
sinαsinβ=•==sinθ,即sinθ=sinαsinβ.