本题导读

(1) 设 、、,把两个垂直条件化为向量等式;(2) 建系求出 、,再解出 关于 的表达式。

📌【题干】

Question

(2014年江西卷(文)) 如图,三棱柱 中,,.

(1) 求证:;

(2) 若 ,,,问 为何值时,三棱柱 的体积最大,并求此最大值.

🔍【思路分析】

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(1) 用 与 作数量积;(2) 先证 得底面积,再用 表示两底面间的距离。

✅【答案】

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(1) 证明见解析;(2) ,体积最大值为

✍【详细解析】

Abstract

(1) 记 ,,,则 ,,。 由 得 ;由 得 。于是 。 所以 ,即 。 (2) 因为 ,所以 ,底面 的面积 。 以 为原点,, 分别为 轴、 轴方向建立空间直角坐标系,则 ,,。设 ,记 。 由 得 ,即 。 由 得 ,即 ,故 ,。 从而 。 三棱柱两底面间的距离为 ,故体积 ,从而 。 令 ,则 ,等号当且仅当 时成立。 所以当 时三棱柱体积最大,最大值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:空间向量的垂直证明与体积最值

  2. 核心方法:用向量消元、把体积化为单变量的函数

  3. 避坑指南:(1) 由 与 推出 ;(2) 体积 ,其中 是三棱柱的高,需先由两个垂直条件解出 关于 的表达式。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 空间向量在垂直证明与体积最值中的应用。

  2. 结论推广: 取 为原点建系后, 与 分别给出两个向量方程。

  3. 方法推广: 体积最值问题的通法:把目标量表示成单一变量的二次函数,配方法求最值并检验等号能否取到。

🔗【关联脉络】

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