本题导读
三问梯度清晰:(1)等腰三角形三线合一 + 线面垂直性质得两线垂直;(2)体积 , 定值,只须让 面积最大;(3)侧面展开把 拉直,余弦定理收口。
📌【题干】
Question
(2015年福建卷(文)) 如图, 是圆 的直径,点 是圆 上异于 的点, 垂直于圆 所在的平面,且 .
(1) 若 为线段 的中点,求证: 平面 ;
(2) 求三棱锥 体积的最大值;
(3) 若 ,点 在线段 上,求 的最小值.
🔍【思路分析】
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- (1)(三线合一); 底面 ;两线交于 即得线面垂直。
- (2), 定值; 定长, 到 距离最大为半径 。
- (3) 等边、;绕 展开,,余弦定理求 。
✅【答案】
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(1) 证明见解析
(2)
(3)
✍【详细解析】
Abstract
(1) 因为 是圆 的直径, 在圆上,所以 (直径所对的圆周角是直角).
在 中,(均为半径), 为 中点,由等腰三角形”三线合一”得 .
又 圆 所在的平面, 该平面,所以 .
而 , 平面 ,所以 平面 .
(2) ,其中 .
为直角三角形(),斜边 ,点 到 的距离 不超过半径 ,且当 为弧 中点时取到 . 故
所以 ,即三棱锥 体积的最大值为 .
(3) 底面,,,故 ,;又 ,所以 为等边三角形,.
在 中,,,由余弦定理得 ,故 .
将侧面 绕 旋转至平面 ,使 的新位置 与 分居直线 两侧,则 ,当 共线时取等号.
此时 ,,,由余弦定理
所以 (由 ).
故 的最小值为 .
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:线面垂直的判定与性质;三棱锥体积的最值;侧面展开图求折线最短(余弦定理)。
核心方法:“三线合一 + 线面垂直性质”凑判定定理;体积转化为底面积最值;最短距离用”展开化折为直”。
避坑指南:① (1)必须写全”两条相交直线”及交点归属,判定定理三要素缺一不可;② (3)展开后 与 必须分居 两侧,展开角是 而不是 ; 要化成 才与标准答案一致。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:“圆锥 + 内接几何体 + 体积最值 + 展开图最短路径”是立体几何解答题的高配版,综合了旋转体与多面体。
结论推广: 若把 改为 ,则 不再等边,展开角与余弦定理的计算同步变化,方法不变。
方法推广: 空间折线 型最短的通法:找一条公共棱把两个面展平,化”折线和”为”直线段”,再用余弦定理求长。
🔗【关联脉络】
Multi column
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