解:(1)如圖,取AC的中點(diǎn)F,連接BF,則BF⊥AC.以A為坐標(biāo)原點(diǎn),過(guò)A且與FB平行的直線為x軸,AC為y軸,AP為z軸建立空間直角坐標(biāo)系,如圖所示
則A(0,0,0),B(
,1,0),C(0,2,0),P(0,0,2),E(0,1,1)
∴
=(
,1,-2),
=(0,1,1)
設(shè)直線AE、PB所成的角為θ,則cosθ=
=
即直線AE與PB所成角的余弦值為
;
(2)設(shè)PA=a,則P(0,0,a),可得
=(
,1,-a),
=(0,2,-a)
設(shè)平面PBC的法向量為
=(x,y,z),則
?
=0且
?
=0
∴
,令z=2,得y=a,x=
.
可得
=(
,a,2)是平面PBC的一個(gè)法向量
∵D、E分別為PB、PC中點(diǎn),∴D(
,
,
),E(0,1,
)
因此,
=(
,
,
),
=(0,1,
),
類似求平面PBC法向量
的方法,可得平面ADE的一個(gè)法向量
=(-
a,-a,2)
∵平面ADE⊥平面PBC,
∴
⊥
,可得
?
=-
a2-a2+4=0,解之得a=
因此,線段PA的長(zhǎng)等于
.
解析分析:(1)以A為坐標(biāo)原點(diǎn),過(guò)A且與FB平行的直線為x軸,AC為y軸,AP為z軸建立如圖所示直角坐標(biāo)系.取AC的中點(diǎn)F,連接BF則BF⊥AC.根據(jù)題中數(shù)據(jù)可得A、B、C、P、E各點(diǎn)的坐標(biāo),從而得到向量
、
的坐標(biāo),再用空間向量的夾角公式加以計(jì)算,結(jié)合異面直線所成的角的定義即可得到直線AE與PB所成角的余弦值;(2)設(shè)PA=a,可得
、
含有字母a的坐標(biāo)形式,利用垂直向量數(shù)量積為0的方法建立方程組,解出平面PBC的一個(gè)法向量為
=(
,a,2),同理得到平面ADE的一個(gè)法向量
=(-
a,-a,2),由平面ADE⊥平面PBC可得
?
=-
a2-a2+4=0,解之得a=
,由此即可得到線段PA的長(zhǎng).
點(diǎn)評(píng):本題給出側(cè)棱PA與底面△ABC垂直的三棱錐,求異面直線所成的角并在面面垂直的情況下求線段PA的長(zhǎng),著重考查了利用空間向量研究線面垂直、面面垂直的判定與性質(zhì)和異面直線所成角的求法等知識(shí),屬于中檔題.