4、在正四棱锥S-ABCD中,E是BC的中点,P点在侧面内及其边界上运动,并且总是保持PEAC.

(1)指出动点P的轨迹(即说明动点P在满足给定的条件下运动时所形成的图形),证明你的结论;

(2)以轨迹上的动点P为顶点的三棱锥P-CDE的最大体积是正四棱锥S-ABCD体积的几分之几?

(3)设动点P在G点的位置时三棱锥P-CDE的体积取最大值V1,二面角G-DE-C的大小为,二面角G-CE-D的大小为,求的值.

(4)若将“E是BC的中点”改为“E是BC上异于B、C的一定点”,其它条件不变,请指出点P的轨迹,证明你的结论.

解析:(1)如图,分别取CD、SC的中点F、G,连结EF、EG、FG、BD.设AC与BD的交点为O,连结SO,则动点P的轨迹是的中位线FG.

由正四棱锥可得.又

平面EFG,平面EFG,.

(2)由于是定值,所以当P到平面CDE的距离最大时,最大,易知当P与G重合时,P到平面CDE的距离最大,故.又,G到平面ABCD的距离是点S到平面ABCD的距离的

.

(3)令,EF与AC交于N点,连结GN,则GN平面ABCD.

因此二面角G-DE-C和二面角G-CE-D的平面角的正切值的比就等于N到DE和CE的距离的倒数比.

N是OC的中点,N到BC的距离为.

连结DE交OC于M,则M是的重心,.

中,容易求得N到DE的距离为.

.

(4)动点P在侧面SCD内部及其边界上运动,且总保持,那么这些相交于定点E的直线系应位于某个与直线AC垂直的平面内,而由正四棱锥的性质可知,平面SBD,因此动直线PE集中在过E且平行于平面SBD的一个平面内.过E作E//SB,E//BD,分别交SC于,交CD于,则平面E//平面SBD,从而平面E,故点P的轨迹是线段.

说明:本题全方位地考查了立体几何中的主要内容,如线面与线线的位置关系、体积问题、二面角问题等.在立体几何的问题中给出了探求点的轨迹问题,与平面几何、解析几何紧密联系,体现了对综合运用知识的能力要求,考查的知识点丰富,具有相当的难度和深度,达到了压轴题的水平,是一道优秀的创新型试题.

 0  50045  50053  50059  50063  50069  50071  50075  50081  50083  50089  50095  50099  50101  50105  50111  50113  50119  50123  50125  50129  50131  50135  50137  50139  50140  50141  50143  50144  50145  50147  50149  50153  50155  50159  50161  50165  50171  50173  50179  50183  50185  50189  50195  50201  50203  50209  50213  50215  50221  50225  50231  50239  447348 

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网