Question

如圖，直四棱柱ABCD-A₁B₁C₁D₁的底面是
梯形，AB∥CD，AD⊥DC，CD=2，DD₁=AB=1，P、Q分別是CC₁、C₁D₁的中點。點P到直線
AD₁的距離為
⑴求證：AC∥平面BPQ
⑵求二面角B-PQ-D的大小

Answer 1

（Ⅰ）證明見解析（Ⅱ）arctan

⑴連接CD₁∵P、Q分別是CC₁、C₁D₁的        
中點。∴CD₁∥PQ 故CD₁∥平面BPQ
又D₁Q=AB=1，D₁Q∥AB，
得平行四邊形ABQD₁，故AD₁∥平面BPQ
∴平面ACD₁∥平面BPQ
∴AC∥平面BPQ        （4分）
⑵設DD₁中點為E，連EF，則PE∥CD
∵CD⊥AD，CD⊥DD₁  ∴CD⊥平面ADD₁
∴PE⊥平面ADD₁
過E作EF⊥AD₁于F，連PF。則PF⊥AD₁，PF為點P到直線AD₁的距離
PF=，PE="2 " ∴EF= 又D₁E=，D₁D=1，∴AD="1    "
取CD中點G，連BG，由AB∥DG，AB=DG得GB∥AD。∵AD⊥DC，AD⊥DD₁∴AD⊥平面DCC₁D₁，則BG⊥平面DCC₁D₁
過G作GH⊥PQ于H，連BH，則BH⊥PQ，故∠BHG是二面角B-PQ-D的平面角。                                                    
由△GHQ∽△QC₁P得GH=，又BG=1，得tan∠BHG=
∴二面角B-PQ-D大小為arctan