题目内容

【题目】如图,已知三棱柱的侧棱与底面垂直,M的中点,的中点,点上,且满足.

1)证明:.

2)当取何值时,直线与平面所成的角最大?并求该角最大值的正切值.

3)若平面与平面所成的二面角为,试确定P点的位置.

【答案】1)见解析;(2)见解析;(3)见解析

【解析】

1)以ABAC分别为轴,建立空间直角坐标系,求出各点的坐标及对应向量的坐标,易判断,即;(2)设出平面ABC的一个法向量,我们易表达出,然后利用正弦函数的单调性及正切函数的单调性的关系,求出满足条件的值,进而求出此时的正线值;(3)平面PMN与平面ABC所成的二面角为,则平面PMN与平面ABC法向量的夹角余弦值的绝对值为,代入向量夹角公式,可以构造一个关于的方程,解方程即可求出对应值,进而确定出满足条件的点P的位置.

1)证明:如图,以ABAC分别为轴,建立空间直角坐标系

从而

所以

2)平面ABC的一个法向量为

(※).

,当最大时,最大,无意义,除外,

由(※)式,当时,

3)平面ABC的一个法向量为

设平面PMN的一个法向量为

由(1)得

解得,令,得

∵平面PMN与平面ABC所成的二面角为

解得

故点P的延长线上,且

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