题目内容

如图,正四棱柱ABCD—A1B1C1D1中,底面边长为4,侧棱长为2,动点P在AA1上运动,动点Q在底面ABCD内运动,且PQ=2.

(1)求证:BD⊥平面AA1C1C;

(2)求线段PQ中点M所形成图形的面积;

(3)若PA=,当四面体B—QDC1的体积最小时,求二面角B-C1Q-C的大小.

(1)证明:∵四边形ABCD为正方形,?

∴BD⊥AC,AA1⊥面BD,?

BD面ABCD,BD⊥AA1,?

∴BD⊥平面ACC1A1.                                                                                             

?

(2)解:∵AA1⊥平面ABCD,∴AA1⊥AQ.?

M为PQ中点,AM=1,                                                                                            ?

点M在以A为球心,半径为1的球面上,动点M所形成图形的面积为S=.         ?

(3)解:若PA=,则AQ=.Q在以A为圆心,半径为的圆弧上运动.?

∵V=V,C1到面BDQ的距离为2,只要S△BDQ面积最小即可,即Q到BD距离最小.

?

∵AC⊥BD,∴Q在AC上.?

设BD∩AC=O,BD⊥平面CC1Q,过O作OE⊥C1Q交C1Q于E.连结BE,则∠BEO为二面角B-C1Q-C的平面角.                                                                                                             ?

CQ=3,QO=,C1Q=,RT△OEQ∽RT△C1CQ?,?

∴OE=,tan∠BEO==,?

∠BEO=arctan.?

∴二面角B-C1Q-C大小为arctan.

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