Question

如圖，已知三棱柱ABC-A₁B₁C₁的側(cè)棱與底面垂直，AA₁=AB=AC=1，AB⊥AC，M、N分別是CC₁、BC的中點(diǎn)，點(diǎn)P在直線A₁B₁上，且滿足

A1P

=λ

A1B1

(λ∈R)．
（1）證明：PN⊥AM；
（2）若平面PMN與平面ABC所成的角為45°，試確定點(diǎn)P的位置．

Answer 1

分析：（1）以AB，AC，AA₁分別為x，y，z軸，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz，求出各點(diǎn)的坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)向量的坐標(biāo)，易判斷

.

PN

•

.

AM

=0，即PN⊥AM；
（2）平面PMN與平面ABC所成的二面角為45°，則平面PMN與平面ABC法向量的夾角為45°，代入向量夾角公式，可以構(gòu)造一個(gè)關(guān)于λ的方程，解方程即可求出對(duì)應(yīng)λ值，進(jìn)而確定出滿足條件的點(diǎn)P的位置．

解答：解：（1）證明：如圖，以AB，AC，AA₁分別為x，y，z軸，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz．
則P（λ，0，1），N（

1

2

，

1

2

，0），M（0，1，

1

2

），
從而

PN

=（

1

2

-λ，

1

2

，-1），

AM

=（0，1，

1

2

），

PN

•

AM

=（

1

2

-λ）×0+

1

2

×1-1×

1

2

=0，所以PN⊥AM．
（2）平面ABC的一個(gè)法向量為

n

=

.

AA 1

=（0，0，1）．
設(shè)平面PMN的一個(gè)法向量為

m

=（x，y，z），
由（1）得

.

MP

=（λ，-1，

1

2

）．
由

m • NP =0 m • MP =0

得

(λ- 1 2 )x- 1 2 y+z=0 λx-y+ 1 2 z=0.

解得

y= 2λ+1 3 x z= 2(1-λ) 3 x.

令x=3，得

m

=(3，2λ+1，2(1-λ))
∵平面PMN與平面ABC所成的二面角為45°，
∴|cos＜

m

，

n

＞|=|

m • n

| m |•| n |

|=

|2(1-λ)|

9+(2λ+1)2+4(1-λ)2

=

2

2

，
解得λ=-

1

2

．（11分）
故點(diǎn)P在B₁A₁的延長(zhǎng)線上，且|A₁P|=

1

2

．（12分）

點(diǎn)評(píng)：本題考查的知識(shí)點(diǎn)是向量評(píng)議表述線線的垂直、平等關(guān)系，用空間向量求直線與平面的夾角，用空間向量求平面間的夾角，其中熟練掌握向量夾角公式是解答此類問(wèn)題的關(guān)鍵．