题目内容

如下图,正方形ABCD、ABEF的边长都是1,而且平面ABCD、ABEF互相垂直,点M在AC上移动,点N在BF上移动,若CM=BN=a(0<a<).

  (Ⅰ)求MN的长;

  (Ⅱ)当a为何值时,MN的长最小;

  (Ⅲ)当MN长最小时,求面MNA与面MNB所成的二面角a 的大小.

答案:
解析:

(Ⅰ)证明:如下图  交于,交于点,连结,

依题意可得,且,即是平行四边形.

  ∴  .由已知  ,,

  ∴  ,  ,,  即.

   ∴ 

;

(Ⅱ)由(Ⅰ),知,  所以,当时,.

  即、分别移动到、的中点时,的长最小,最小值为;

(Ⅲ)如下图,取的中点,连结、,

  ∵  ,,为的中点,

  ∴  ,,为二面角的平面角

  又,所以,由余弦定理有

  .故所求二面角.


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