本题导读
本题考查正三棱柱的几何性质,以及空间向量表示动点轨迹。
📌【题干】
Question
(2021年新高考I卷)在正三棱柱 中,,点 满足 ,其中 ,则( )
A. 当 时, 的周长为定值
B. 当 时,三棱锥 的体积为定值
C. 当 时,有且仅有一个点 ,使得
D. 当 时,有且仅有一个点 ,使得 平面
🔍【思路分析】
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1. 判定 A 选项(周长是否为定值):
当 时,,即 .
说明点 在线段 上移动.
的周长 .
当 在 点时,,.
当 在 点时,,.
当 为 中点时,,.
显然 ,周长发生变化,故 A 错误.
2. 判定 B 选项(体积是否为定值):
当 时,,即 .
说明点 在线段 上移动.
考察三棱锥 ,由于 ,且 平面 ,
故 平面 .
因此,直线 上的动点 到平面 的距离 为定值.
又因为底面 的面积固定,由 可知,体积为定值,故 B 正确.
3. 判定 C 选项(垂直关系点数):
当 时,点 在侧面 的垂直中位线 上移动( 为 中点).
当 时,在正 中,,结合直棱柱性质易证 ,而在平面 内 ,此点未必符合 .
实际上,取 时,,,.此时不满足勾股定理.
若使用坐标法,设 .
经计算可发现存在两个位置满足 ,故 C 错误.
4. 判定 D 选项(线面垂直唯一性):
当 时, 在侧面水平中位线上.
要使 平面 ,则需 垂直于面内两条相交直线(如 和 ).
在正方形 中,对角线 恒成立.
设 中点为 ,当 时,可以证明 (利用线面垂直的性质证明 平面 ).
根据几何唯一性,过定点 且与定直线 垂直的平面是唯一的,该平面与侧面水平中位线的交点也是唯一的.
故有且仅有一个点 ,D 正确.
结论:正确选项为 BD.
✅【答案】
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BD
✍【详细解析】
Abstract
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 向量轨迹的翻译: 是确定空间动点落在某个平行四边形区域的标准表示法。
- 体积定值的常用判据:在动点体积问题中,“底不变,高为定值”是最常用的突破口。高为定值通常由“线面平行”或“面面平行”推导得出。
- 垂直关系的判定:
- 异面直线垂直(C):常用坐标法转化为数量积为 0 的方程求根。
- 线面垂直(D):利用垂直平面的唯一性来判定点的唯一性。
- 避坑指南:多选题中“有且仅有一个”往往是命题陷阱,一定要通过精确计算(如 C 选项)排除可能存在的多个解。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 方法拓展:对于 D 选项,可以使用“投影法”。 平面 在侧面 上的投影垂直于 。由于 在侧面上的投影是 ,故投影直线即 。但在侧面内 并不总是成立。实际上,D 选项需综合考虑 这一投影关系。
- 变式思考:如果将正三棱柱改为长方体,B 选项的结论还会成立吗? (提示:只要保证 移动的直线与底面 平行,结论依然成立。)
🔗【关联脉络】
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