题目内容
(本小题满分12分)如图,在正三棱柱中,分别是的中点,.
(Ⅰ)在棱上是否存在点使?如果存在,试确定它的位置;如果不存在,请说明理由;
(Ⅱ)求截面与底面所成锐二面角的正切值;
(Ⅲ)求点到截面的距离.
(Ⅰ)在棱上是否存在点使?如果存在,试确定它的位置;如果不存在,请说明理由;
(Ⅱ)求截面与底面所成锐二面角的正切值;
(Ⅲ)求点到截面的距离.
(Ⅰ)存在且为的中点
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
解法一:(Ⅰ)存在且为的中点,连接,
∵分别是的中点, ∴. (3分)
(Ⅱ)延长与的延长线交于,连接,
则为截面与底面所成二面角的棱,
取的中点,连,则.
∵,∴为的中点.
由题设得,且,
作于,则,连,
又,
由三垂线定理可知,
∴为截面与底面所成的锐二面角. (6分)
在中,,∴. (8分)
(Ⅲ)在中,得,
在中,得,
由,
,解得,即到截面距离为. (12分)
解法二:(Ⅱ)如图,以为坐标原点,
的方向分别作为轴的正方向建立空间直角坐标系,
则
;
∵分别是
的中点,∴,
,;
设平面的法向量为,
由得,
解得,取得;
又平面的一个法向量为, (6分)
设截面与底面所成锐二面角为,
则,
∴,得.
故截面与底面所成锐二面角的正切值为2. (8分)
(Ⅲ)由(Ⅱ)知平面的一个法向量为,;
设点到截面的距离为,
由向量的投影得,
故点到截面的距离为. (12分)
∵分别是的中点, ∴. (3分)
(Ⅱ)延长与的延长线交于,连接,
则为截面与底面所成二面角的棱,
取的中点,连,则.
∵,∴为的中点.
由题设得,且,
作于,则,连,
又,
由三垂线定理可知,
∴为截面与底面所成的锐二面角. (6分)
在中,,∴. (8分)
(Ⅲ)在中,得,
在中,得,
由,
,解得,即到截面距离为. (12分)
解法二:(Ⅱ)如图,以为坐标原点,
的方向分别作为轴的正方向建立空间直角坐标系,
则
;
∵分别是
的中点,∴,
,;
设平面的法向量为,
由得,
解得,取得;
又平面的一个法向量为, (6分)
设截面与底面所成锐二面角为,
则,
∴,得.
故截面与底面所成锐二面角的正切值为2. (8分)
(Ⅲ)由(Ⅱ)知平面的一个法向量为,;
设点到截面的距离为,
由向量的投影得,
故点到截面的距离为. (12分)
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