1717

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在以 SH 为高的三棱锥 SABC 中, SA=BC=61, AB=3, DSB 的中点, 直线 ADSH 共面.

  1. 证明: H,A,B 三点共线;
  2. AH=AD=AC, 已知平面 ABC 内的动点 P 满足 PDPH=2.
    1. 证明: P 的轨迹为椭圆, 并求其离心率;
    2. 记直线 SP 与底面 ABC 所成角为 α, PHB=θ, 证明: tanα2cosθ=4.
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证明

  1. AD,SH 共面, 得 SH 平面 SAD. 又因为 H 平面 ABC, 所以 H 平面 SAD  平面 ABC=AB, 所以 H,A,B 三点共线.
    1. HB=t. 一方面根据中线长公式 AD2=12AS2+12AB214SB2(t+3)2=3514SB2, (这里用到了 AD=AH=t+3) 另一方面根据勾股定理 SH2=SA2AB2=SB2BH261(t+3)2=SB2t2, 消去 SB24t2+18t52=0, 解得 t=2132 (舍去).
      这样我们以 H 为原点建系, 得到 S(0,0,6), B(0,2,0), D(0,1,3). 设 P(x,y,0). 则由 PDPH=2x2+(y1)2+9x2+y2=2x23+(y+1)24=1, 所以 P 的轨迹为椭圆, 离心率为 e=434=12.
    2. P(x0,y0,0). 画出 xOy 的示意图. 根据椭圆的焦半径公式 PH=212(y0+1)=12(3y0), 所以 cosθ=y0PH. 而 SH 平面 ABC, 所以 tanα=SHPH=6PH. 于是 tanα2cosθ=62y0PH=62y012(3y0)=4.
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