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如图所示,用一个不平行于圆柱底面的平面,截该圆柱所得的截面为椭圆面,得到的几何体称之为 "斜截圆柱". AB 是底面圆 O 的直径, AB=2BC=2, 椭圆所在平面垂直于平面 ABCD, 且与底面所成二面角为 45∘. 图一中,点 P 是椭圆上的动点,点 P 在底面上的投影为点 P1; 图二中,椭圆上的点 Ei(i=1,2,3,⋯,n) 在底面上的投影分别为 Fi, 且 Fi 均在直径 AB 的同一侧.
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  1. 当 ∠AOP1=2π3 时,求 PP1 的长度;
    1. 当 n=6 时,若图二中, 点 F1,F2,⋯,F6 将半圆平均分为 7 等份,求 (E1F1−2)⋅(E2F2−2)⋅(E3F3−2);
    2. 证明: AF1⌢⋅E1F1+AF1⌢⋅E2F2+⋯+AF1⌢⋅EnFn+AF1⌢⋅BC<2π.
解答

  1. 解 如图,取截面 ABCD, 设 P1,P 在 AB,DC 上的投影分别为 P1′,P′, 则易得 P′P1′=PP1. 因此在梯形 ABCD 中,P′P1′=AP1′AB⋅BC+BP1′AB⋅AD=1−cos⁡θ2+31+cos⁡θ2=2+cos⁡θ,
    代入 θ=2π3, 得 PP1=32.
    1. 解 由 1 得 EiFi−2=cos⁡iπ7.
      从而利用点鞭炮法:原式=cos⁡π7cos⁡2π7cos⁡3π7=8sin⁡π7cos⁡π7cos⁡2π7cos⁡3π78sin⁡π7=−4sin⁡2π7cos⁡2π7cos⁡4π78sin⁡π7=−2sin⁡4π7cos⁡4π78sin⁡π7=−sin⁡8π78sin⁡π7=18.
    2. 证明 设 α0=0,αi=∠AOFi,1≤i≤n,αn+1=π. 则左边=∑i=1n+1(αi−αi−1)(2+cos⁡αi)=2π+∑i=1n+1(αi−αi−1)cos⁡αi<2π+∑i=1n+1∫αi−1αicos⁡xdx=2π+∫0πcos⁡xdx=2π=右边.