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(本小题满分14分)

已知棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,P在对角线A1C1上,记二面角P-AB-C为α,二面角P-BC-A为β。

(1) 当A1P:PC1=1:3时,求cos(α+β)的大小。

(2)点P是线段A1C1(包括端点)上的一个动点,问:当点P在什么位置时,α+β有最小值?

 

【答案】

(1)- (2)P为A1C1的中点

【解析】

试题分析: 

作PO⊥面ABCD于O,作OE⊥AB于E,OF⊥BC于F

∵正方体ABCD-A1B1C1D1

∴点O在线段AC上,且AO:OC=1:3

∴α=∠PEO,β=∠PFO       

EO=,FO=,PO=1,PE=,PF=        2分

cosα=,sinα=,cosβ=, sinβ=

cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ==-   4分

(2)(8分)

设A1P=kA1C1,k∈[0,1]                                5分

由第(1)题可知α=∠PEO,β=∠PFO

EO=k,FO=1-k,PO=1,PE=,PF=  

cosα=,sinα=,cosβ=

sinβ=                   7分

当k=0或1时,即点P与A1或C1重合时,其中一个角为,另一个角为

此时α+β=,tan(α+β)= -1                                        8分

∴当k≠0,且k≠1时,tanα=,tanβ=zxxk

∴tan(α+β)

=       11分

∵k∈(0,1)    ∴      ∴tan(α+β)∈  

          ∴

∴tan(α+β)=时,α+β有最小值,此时k=时,即点P为A1C1的中点。  14分

考点:二面角的求法

点评:本题有一定难度,多章节知识的综合

 

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