题目内容

如图,以正方体的三条棱所在直线为坐标轴,建立空间直角坐标系O-xyz,点P在正方体的对角线AB上,点Q在正方体的棱CD上.

(1)当点P为对角线AB的中点,点Q在棱CD上运动时,探究的最小值;

(2)当点Q为棱CD的中点,点P在对角线AB上运动时,探究的最小值;

(3)当点P在对角线AB上运动,点Q在棱CD上运动时,探究的最小值.

由以上问题,你得到了什么结论,你能证明你的结论吗?

答案:略
解析:

解:设正方体的棱长为a.

(1)当点P为对角线AB的中点时,点P的坐标是

因为点Q在线段CD上,设Q(0,a,z).

当时,的最小值为,即点Q在CD的中点时,有最小值.

(2)因为P在对角线AB上运动,Q是定点,所以当PQ⊥AB时,最短.因为当点Q为棱CD的中点时,△QAB是等腰三角形,所以,当P是AB的中点时,取得最小值.

(3)当点P在对角线AB上运动,点Q在棱CD上运动时,的最小值仍然是.

证明如下:如图,设由正方体的对称性,显然有x=y.

设P在平面OA上的射影是H.在△AOB中,所以即有

所以,点P的坐标是

由已知,可设则

当时,取得最小值,最小值是.


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