三、解答题

18.(本小题满分12分)

   如图,在棱长为1的正方体ABCDA1B1C1D1中,P是侧棱CC1上的一点,CP=m

(Ⅰ)试确定m,使得直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为

(Ⅱ)在线段A1C1上是否存在一个定点Q,使得对任意的mD1Q在平面APD1上的射影

垂直于AP,并证明你的结论。

    本小题主要考查线面关系,直线与平面所成角的有关知识及空间想象能力和

推理运算能力,考查应用向量知识解决数学问题的能力。

解法1:(Ⅰ)连AC,设ACBD=OAP与面BDD1B1交于点G,连结OG

因为PC//BDD1B1,面BDD1B1APC=OG,故OGPC,所以

    AODBAOBB1,所以AO⊥面BDD1B1

    故∠AGO即为AP与面BDD1B1所成的角。

故当时,直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为3

(Ⅱ)依题意,要在A1C1上找一点Q,使得D1QAP

可推测A1C1的重点Q1即为所求的Q点。

因为D1O1A1C1,D1O1AA1,所以D1O1⊥面ACC1A1

APACC1A1,故D1O1AP

从而D1O1在平面AD1P上的射影与AP垂直

解法2:(1)建立如图所示的空间直角坐标系,则A100),B110

P01m,C(0,1,0),D(0,0,0),(1,1,1),D(0,0,1)

所以-1-10),

又由向量

AP与平面BB1D1D所成的角为,则sin=cos()

  =

依题意有

故当时,直线AP与平面BD D1B1所成角的正切值为3

(Ⅱ)若在A1C1上存在这样的点Q,设此点的横坐标为x.

Qx,1x,1),

依题意,对任意的m要使在平面APD1上的射影垂直于AP,等价于APQ的中点时,满足题设要求。

 

 

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