【分析】(I)以点D为坐标原点,DA、DC、DP所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系,连接AC,AC交BD于点G,连接EG.分别求出PA,EG的方向向量,易判断PA与EG平行,进而由线面平行的判定定理得到答案.
(II)分别求出DE与PB的方向向量,由它们的数量积为0,易得DE⊥PB,再由EF⊥PB结合线面垂直的判定定理即可得到答案.
(III)由(II)中结论,可得PB⊥FD.结合EF⊥PB,由二面的定义可得∠EFD就是二面角C-PB-D的平面角,设点F的坐标为(x,y,z),由PF∥PB,DF⊥PB,构造方程求出点F的坐标,进而求出FD,FE的方向向量,代入向量夹角公式,即可求出二面角C-PB-D的平面角的大小.
如图,以点D为坐标原点,DA、DC、DP所在直线分别为x轴、y轴、z轴,
建立空间直角坐标系,得以下各点坐标:D(0,0,0),A(2,0,0),B(2,2,0),
C(0,2,0),P(0,0,2)
(I)证明:连接AC,AC交BD于点G,连接EG.
∵底面ABCD是正方形,
∴G为AC的中点,
∴G点坐标为(1,1,0).
又E为PC的中点,
∴E点坐标为(0,1,1),
∴=(2,0,-2),=(1,0,-1),
∴=2,
∴PA∥EG.
∵EG⊂平面EDB,PA⊄平面EDB,
∴PA∥平面EDB;
(II)证明:=(2,2,-2),=(0,1,1)
∴•=0,
∴PB⊥DE.
又∵DE⊥PB,EF⊥PB,DE∩EF=E,
∴PB⊥平面EFD;
(III)∵PB⊥平面EFD,
∴PB⊥FD.
又∵EF⊥PB,FD∩EF=F,
∴∠EFD就是二面角C-PB-D的平面角.
设点F的坐标为(x,y,z),则=(x,y,z-2),=(x,y,z)
∵PF∥PB,DF⊥PB,
∴=k,•=0,
∴x=y=(-z-2)=2k,x+y-z=0,
解得:k=,x=y=,z=,
∴点F的坐标为(,,),
∴=(-,-,-),=(-,,-)
∴cos∠EFD==
∴∠EFD=60°.
故所求二面角C-PB-D的大小为60°.
【点评】本题考查的知识点是用空间向量求平面间的夹角,直线与平面平行的判定,直线与平面垂直的判定,二面角的平面角及求法,其中几何法的关键是熟练掌握空间直线与平面位置关系的定义、判定、性质及几何特征,建立良好的空间想像能力,几何法的关键是建立适当的空间坐标系,将空间线面关系及线面夹角问题转化为向量夹角问题.