考試數(shù)學理.files/image231.jpg)
19.解:
連接BD交AC于O,則BD⊥AC,
連接A1O
在△AA1O中,AA1=2,AO=1,
∠A1AO=60°
∴A1O2=AA12+AO2-2AA1?Aocos60°=3
∴AO2+A1O2=A12
∴A1O⊥AO,由于平面AA1C1C⊥
平面ABCD,
所以A1O⊥底面ABCD
∴以OB、OC、OA1所在直線為x軸、y軸、z軸建立如圖所示空間直角坐標系,則A(0,-1,0),B(
,0,0),C(0,1,0),D(-
,0,0),A1(0,0,
)
……………………2分
(Ⅰ)由于考試數(shù)學理.files/image235.gif)
考試數(shù)學理.files/image237.gif)
則考試數(shù)學理.files/image239.gif)
∴BD⊥AA1……………………4分
(Ⅱ)由于OB⊥平面AA1C1C
∴平面AA1C1C的法向量考試數(shù)學理.files/image241.gif)
設
⊥平面AA1D
則考試數(shù)學理.files/image245.gif)
得到
……………………6分
考試數(shù)學理.files/image249.gif)
所以二面角D―A1A―C的平面角的余弦值是
……………………8分
(Ⅲ)假設在直線CC1上存在點P,使BP//平面DA1C1
設考試數(shù)學理.files/image253.gif)
則考試數(shù)學理.files/image255.gif)
得
……………………9分
設考試數(shù)學理.files/image259.gif)
則
設考試數(shù)學理.files/image263.gif)
得到
……………………10分
又因為
平面DA1C1
則
?考試數(shù)學理.files/image271.gif)
即點P在C1C的延長線上且使C1C=CP……………………12分
法二:在A1作A1O⊥AC于點O,由于平面AA1C1C⊥平面
ABCD,由面面垂直的性質定理知,A1O⊥平面ABCD,
又底面為菱形,所以AC⊥BD
考試數(shù)學理.files/image273.jpg)
……………………4分 (Ⅱ)在△AA1O中,A1A=2,∠A1AO=60° ∴AO=AA1?cos60°=1 所以O是AC的中點,由于底面ABCD為菱形,所以 O也是BD中點 由(Ⅰ)可知DO⊥平面AA1C 過O作OE⊥AA1于E點,連接OE,則AA1⊥DE 則∠DEO為二面角D―AA1―C的平面角 ……………………6分 在菱形ABCD中,AB=2,∠ABC=60° ∴AC=AB=BC=2 ∴AO=1,DO=考試數(shù)學理.files/image277.gif) 在Rt△AEO中,OE=OA?sin∠EAO=考試數(shù)學理.files/image279.gif) DE=考試數(shù)學理.files/image281.gif) ∴cos∠DEO=考試數(shù)學理.files/image283.gif) ∴二面角D―A1A―C的平面角的余弦值是 ……………………8分 (Ⅲ)存在這樣的點P 連接B1C,因為A1B1 AB DC ∴四邊形A1B1CD為平行四邊形。 ∴A1D//B1C 在C1C的延長線上取點P,使C1C=CP,連接BP……………………10分 因B1B CC1,……………………12分 ∴BB1 CP ∴四邊形BB1CP為平行四邊形 則BP//B1C ∴BP//A1D ∴BP//平面DA1C1 20.解: (Ⅰ)考試數(shù)學理.files/image288.gif) 令 ……………………2分 當 是增函數(shù) 當 是減函數(shù)……………………4分 ∴ ……………………6分 (Ⅲ)(i)當 時, ,由(Ⅰ)知 上是增函數(shù),在 上是減函數(shù) ……………………7分
又當 時, 所以 的圖象在 上有公共點,等價于 …………8分 解得 …………………9分 (ii)當 時, 上是增函數(shù), ∴考試數(shù)學理.files/image322.gif) 所以原問題等價于考試數(shù)學理.files/image324.gif) 又考試數(shù)學理.files/image326.gif) ∴無解………………11分
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