1674
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已知正方体
- 求四棱锥
体积的最小值; - 记点
的轨迹为曲线 , 点 是曲线 上不同三点. - 若平面
与轨迹 相交于 两点, 求线段 的长; - 若点
在点 上方, 且 , , 与平面 所成角相等, 平面 过 且与 平行, 判断平面 与平面 的夹角是否为定值. 若是定值, 求出这个夹角的余弦值; 若不是定值, 请说明理由.
- 若平面
解
不妨以
- 四棱锥
的体积为 -
- 平面
为 , 与 联立得 所以 - 可以看出
的轨迹是个抛物线, 所以我们重新在平面 中建系如右图. 因为 , 所以抛物线的方程为 . 又 , 所以 . 又 和平面 所成角相等, 所以 .
我们首先证明是定值, 这是一个相等熟悉的流程了. 我们设 , 与改写的抛物线方程 联立, 再令 , 得到 方程的两解就是 , 所以根据韦达定理 . 所以 .
现在设. 法向量是 . 它经过 和 , 所以 另一方面 , 所以 意味着 . 所以 .
而平面在现在的坐标系下是 , 法向量是 . 所以两个平面的夹角的余弦值为

- 平面
本题前两问其实就可以引入抛物线了. 因为
到 的距离是到平面 的 倍, 所以 到 的距离就等于 , 所以可以直接确定 是抛物线. 所以焦准距 (就是 到 的距离). 那我们可以这样简化前两问:
- 要找出
到平面 的距离最小值, 也就是找出 的距离最小值的 倍. 在抛物线中, 它就是 , 所以 - 在抛物线中要求一条焦点弦的长度, 还知道了倾斜角
, 可以直接使用极坐标方程