题目内容
(本小题满分14分)
如图6所示,等腰三角形△ABC的底边AB=
,高CD=3.点E是线段BD上异于B、D的动点.点F在BC边上,且EF⊥AB.现沿EF将△BEF折起到△PEF的位置,使PE⊥AE.
记BE=x,V(x)表示四棱锥P-ACFE的体积。
(1)求V(x)的表达式;
(2)当x为何值时,V(x)取得最大值?
(3)当V(x)取得最大值时,求异面直线
AC与PF所成角的余弦值。
3![]()
(1-
)(0<x<3
)
x=6时, V(x)取得最大值V(x)max= V(6)=12
解析:
(1)已知EF
AB,那么翻折后,显然有PE
EF,又PE
AE, 从而PE
面ABC,即PE为四棱锥的高。
四棱锥的底面积S=
-![]()
而△BEF与△BDC相似,那么
=![]()
=![]()
=![]()
则S=
-
=(1-
)![]()
![]()
6![]()
3=9
(1-
)
故四棱锥的体积V(x)=
SH=![]()
9
(1-
)![]()
=3![]()
(1-
)(0<x<3
)
(2) V’(x)= 3
-
x2(0<x<3
)
令V’(x)=0得x=6
当x∈(0,6)时,V’(x)>0,V(x)单调递增;x∈(6,3
)时V’(x)><0,V(x)单调递减;
因此x=6时, V(x)取得最大值V(x)max= V(6)=12
(3)过P作PQ∥AC交AB于点Q
那么△PQF中PF=FQ=
,而PQ=6![]()
进而求得cos∠PFQ= ![]()
故异面直线AC与PF所成角的余弦值为 .
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