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18立体几何初步★★★☆☆
在如图所示的多面体中,四边形 ABB1A1ABB_{1}A_{1} 和 ACC1A1ACC_{1}A_{1} 都为矩形.
(1) 若 AC⊥BCAC \perp BC,证明:直线 BC⊥BC \perp 平面 ACC1A1ACC_{1}A_{1}; (2) 设 DD,EE 分别是线段 BCBC,CC1CC_{1} 的中点,在线段 ABAB 上是否存在一点 MM,使直线 DE∥DE \parallel 平面 A1MCA_{1}MC?请证明你的结论.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设 u=AA1→\boldsymbol{u}=\overrightarrow{AA_{1}},v=AB→\boldsymbol{v}=\overrightarrow{AB},w=AC→\boldsymbol{w}=\overrightarrow{AC}. 由两个四边形为矩形,得 u⋅v=0\boldsymbol{u}\cdot\boldsymbol{v}=0,u⋅w=0\boldsymbol{u}\cdot\boldsymbol{w}=0. 又 BC→=w−v\overrightarrow{BC}=\boldsymbol{w}-\boldsymbol{v},所以 BC→⋅u=0\overrightarrow{BC}\cdot\boldsymbol{u}=0,即 BC⊥AA1BC\perp AA_{1}. 已知 AC⊥BCAC\perp BC,而 ACAC 与 AA1AA_{1} 是平面 ACC1A1ACC_{1}A_{1} 内相交的两条直线,因此 BC⊥BC\perp 平面 ACC1A1ACC_{1}A_{1}. \item 取 MM 为 ABAB 的中点. 用上面的向量记号,有 DE→=12(u+w−v)\overrightarrow{DE}=\frac12\left(\boldsymbol{u}+\boldsymbol{w}-\boldsymbol{v}\right),A1M→=12v−u\overrightarrow{A_{1}M}=\frac12\boldsymbol{v}-\boldsymbol{u},A1C→=w−u\overrightarrow{A_{1}C}=\boldsymbol{w}-\boldsymbol{u}. 从而
DE→=−A1M→+12A1C→\overrightarrow{DE}=-\overrightarrow{A_{1}M}+\frac12\overrightarrow{A_{1}C}
右端是平面 A1MCA_{1}MC 内两条相交直线方向向量的线性组合,所以直线 DEDE 的方向平行于平面 A1MCA_{1}MC. 又因 ABCABC 是三角形,且 u\boldsymbol{u} 同时垂直于 v\boldsymbol{v},w\boldsymbol{w},故 u\boldsymbol{u},v\boldsymbol{v},w\boldsymbol{w} 线性无关. 若 DD 在平面 A1MCA_{1}MC 内,则存在实数 λ\lambda,μ\mu,使
A1D→=12(v+w)−u=λ(12v−u)+μ(w−u)\overrightarrow{A_{1}D}=\frac12(\boldsymbol{v}+\boldsymbol{w})-\boldsymbol{u}=\lambda\left(\frac12\boldsymbol{v}-\boldsymbol{u}\right)+\mu(\boldsymbol{w}-\boldsymbol{u})
比较 v\boldsymbol{v},w\boldsymbol{w},u\boldsymbol{u} 的系数,分别得到 λ=1\lambda=1,μ=12\mu=\frac12,λ+μ=1\lambda+\mu=1,矛盾. 因此 DD 不在平面 A1MCA_{1}MC 内,故 DE∥DE\parallel 平面 A1MCA_{1}MC. 因此存在这样的点 MM,且它是线段 ABAB 的中点. \end{enumerate} \end{solution}

2014 · 四川 · 文 · 第 18 题 · 解答题

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18平面向量★★★☆☆
在直角坐标系 xOyxOy 中,已知点 A(1,1)A(1,1),B(2,3)B(2,3),C(3,2)C(3,2). 点 P(x,y)P(x,y) 在 △ABC\triangle ABC 三边围成的区域(含边界)上,且 OP→=mAB→+nAC→\overrightarrow{OP} = m\overrightarrow{AB} + n\overrightarrow{AC} (mm,n∈Rn \in \mathbf{R}).
(1) 若 m=n=23m = n = \frac{2}{3},求 ∣OP→∣\left|\overrightarrow{OP}\right|. (2) 用 xx,yy 表示 m−nm - n,并求 m−nm - n 的最大值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item AB→=(1,2)\overrightarrow{AB}=(1,2),AC→=(2,1)\overrightarrow{AC}=(2,1). 当 m=n=23m=n=\frac23 时,
OP→=23(1,2)+23(2,1)=(2,2)\overrightarrow{OP}=\frac23(1,2)+\frac23(2,1)=(2,2)
所以 ∣OP→∣=22+22=22\left|\overrightarrow{OP}\right|=\sqrt{2^2+2^2}=2\sqrt2.
\item 由
(x,y)=m(1,2)+n(2,1)=(m+2n,2m+n)(x,y)=m(1,2)+n(2,1)=(m+2n,2m+n)
两式相减得 m−n=y−xm-n=y-x. 设 PP 在三角形 ABCABC 内的重心坐标为 P=αA+βB+γCP=\alpha A+\beta B+\gamma C,其中 α+β+γ=1\alpha+\beta+\gamma=1,且 α\alpha,β\beta,γ⩾0\gamma\geqslant0. 在三个顶点处,y−xy-x 的值分别为 00,11,−1-1,所以
m−n=y−x=0α+1β−1γ⩽1m-n=y-x=0\alpha+1\beta-1\gamma\leqslant1
当 P=BP=B 时取等号,故 m−nm-n 的最大值为 11. \end{enumerate} \end{solution}

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