题目内容
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.
【答案】
解: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)
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