分析:(I)直线l∥平面PAC.连接EF,利用三角形的中位线定理可得,EF∥AC;利用线面平行的判定定理即可得到EF∥平面ABC.由线面平行的性质定理可得EF∥l.再利用线面平行的判定定理即可证明直线l∥平面PAC.
(II)综合法:利用线面垂直的判定定理可证明l⊥平面PBC.连接BE,BF,因为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内的射影,故∠CDF就是直线PQ与平面ABC所成的角,即∠CDF=θ.由BD⊥平面PBC,有BD⊥BF,知∠BDF=α,分别利用三个直角三角形的边角关系即可证明结论;
向量法:以点C为原点,向量
,,所在直线分别为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,利用两个平面的法向量的夹角即可得出二面角.
解答:解:(Ⅰ)直线l∥平面PAC,证明如下:
连接EF,因为E,F分别是PA,PC的中点,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.
因为l?平面PAC,EF?平面PAC,所以直线l∥平面PAC.
(Ⅱ)(综合法)如图1,连接BD,由(Ⅰ)可知交线l即为直线BD,且l∥AC.
因为AB是⊙O的直径,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.
连接BE,BF,因为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.
连接PQ,DF,因为F是CP的中点,CP=2PF,所以DQ=PF,
从而四边形DQPF是平行四边形,PQ∥FD.
连接CD,因为PC⊥平面ABC,所以CD是FD在平面ABC内的射影,
故∠CDF就是直线PQ与平面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,分别可得
sinθ=,sinα=,sinβ=,
从而
sinαsinβ=•==sinθ,即sinθ=sinαsinβ.
(Ⅱ)(向量法)如图2,由
=,作DQ∥CP,且
DQ=CP.
连接PQ,EF,BE,BF,BD,由(Ⅰ)可知交线l即为直线BD.
以点C为原点,向量
,,所在直线分别为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,设CA=a,CB=b,CP=2c,则有
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(0,0,c).
于是
=(a,0,0),=(-a,-b,c),=(0,-b,c),
∴
cosα==
,从而
sinα==,
又取平面ABC的一个法向量为
=(0,0,1),可得
sinθ==,
设平面BEF的一个法向量为
=(x,y,z),
所以由
可得
取(0,c,b).
于是
|cosβ|==,从而
sinβ==.
故
sinαsinβ=•==sinθ,即sinθ=sinαsinβ.