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在正四棱柱ABCDA1B1C1D1中,侧棱是底面边长的2倍,P是侧棱CC1上的任一点.

1)求证:不论P在侧棱CC1上何位置,总有BD^AP

2)若CC1=3C1P,求平面AB1P与平面ABCD所成二面角的余弦值;

3)当P点在侧棱CC1上何处时,AP在平面B1AC上的射影是ÐB1AC的平

分线.

 

答案:
解析:

证明:由题意可知,不论P点在棱CC1上的任何位置,AP在底面ABCD内射影都是AC,∵ BD^AC,∴ BE^AP

(2)解:延长B1PBC,设B1PBC=M,连结AM,则AM=平面AB1P∩平面ABCD.过BBQ^AMQ,连结B1Q,由于BQB1Q在底面ABCD内的射影,所以B1Q^AM,故ÐB1QB就是所求二面角的平面角,依题意,知CM=2B1C1,从而BM=3BC

所以AM+,在RtDABM中,

BQ=,在RtDB1BQ中,tanÐB1QB=

∴ tanÐB1QB=.∴ 1+tan2ÐB1QB=

∴ cosÐB1QB=为所求.

(3)解:设CP=aBC=m,则BB1=2mC1P=2m-a,从而B1P2=m2+(2m-a)2

=m2+4m2=5m2AC=m

在RtDACP中,cosÐAPC=.在DPAB1中,cosÐPAB1=

依题意,得ÐPACPAB1.∴=

AP2+-B1P2=2AC×AB1.即a2+2m2+5m2-[m2+(2m-a)2]=m

.故PC点的距离是侧棱的

另解:如图,建立空间直角坐标系.

CP=aCC1=6,∴ B1(0,3,6),C(-3,3,0),P(-3,3,a).

=(0,3,6),=(-3,3,0),=(-3,3,a).

依题意,得

即 3+2a=,亦即a=

PC点的距离是侧棱的

 


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