题目内容
在正四棱柱ABCD—A1B1C1D1中,侧棱是底面边长的2倍,P是侧棱CC1上的任一点.
(1)求证:不论P在侧棱CC1上何位置,总有BD^AP;
(2)若CC1=3C1P,求平面AB1P与平面ABCD所成二面角的余弦值;
(3)当P点在侧棱CC1上何处时,AP在平面B1AC上的射影是ÐB1AC的平
分线.
答案:
解析:
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证明:由题意可知,不论P点在棱CC1上的任何位置,AP在底面ABCD内射影都是AC,∵ BD^AC,∴ BE^AP. (2)解:延长B1P和BC,设B1P∩BC=M,连结AM,则AM=平面AB1P∩平面ABCD.过B作BQ^AM于Q,连结B1Q,由于BQ是B1Q在底面ABCD内的射影,所以B1Q^AM,故ÐB1QB就是所求二面角的平面角,依题意,知CM=2B1C1,从而BM=3BC. 所以AM+,在RtDABM中, BQ=,在RtDB1BQ中,tanÐB1QB=, ∴ tanÐB1QB=.∴ 1+tan2ÐB1QB=得. ∴ cosÐB1QB=为所求. (3)解:设CP=a,BC=m,则BB1=2m,C1P=2m-a,从而B1P2=m2+(2m-a)2, =m2+4m2=5m2,AC=m. 在RtDACP中,cosÐAPC=.在DPAB1中,cosÐPAB1= 依题意,得ÐPAC=ÐPAB1.∴=. ∴ AP2+-B1P2=2AC×AB1.即a2+2m2+5m2-[m2+(2m-a)2]=m, ∴ .故P距C点的距离是侧棱的. 另解:如图,建立空间直角坐标系. 设CP=a,CC1=6,∴ B1(0,3,6),C(-3,3,0),P(-3,3,a). ∴ =(0,3,6),=(-3,3,0),=(-3,3,a). 依题意,得, 即 3+2a=,亦即a=. 故P距C点的距离是侧棱的.
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