内容正文:
模型1 破解动态几何中轨迹与截面模型
【问题背景】动态几何中的轨迹与截面问题属于高考在考查立体几何时综合性强、复杂度高的一类热点问题.面对这类题目,首先要做到认真审题、厘清线面关系,立足条件,画出立体图形的草图,呈现其中的几何关系.画出整体图形之后,根据相应的条件分析动点轨迹或截面形状,从宏观角度刻画动点状态,轨迹往往表现为多边形或圆锥曲线,最后根据其相应的特征破题,此类问题由于是动态的,处于变化当中,常常与范围、最值结合在一起考查.
【解决方法】
(2024江苏南通8月期初检测|多选)
【典例1】在棱长为2的正方体中,分别为的中点,点在正方体的表面上运动,且满足.记点的轨迹为,则下列说法正确的是( )
A.点可以是侧面的中心 B.是菱形
C.线段的最大值为 D.的周长是
【套用模型】第一步:审读题目,根据题目条件画出对应图形.
如图所示,以为坐标原点,分别以所在直线为轴、轴和轴,建立空间直角坐标系,
可得,所以,
设,则.
第二步:结合条件,分析点P的轨迹.
A中,当点是侧面的中心时,可得,此时,因为,所以,所以A正确.
B中,因为,所以,可得.
点的坐标满足,可取任意值,只要满足点在正方体表面上.在平面直角坐标系中表示一条线段,在空间直角坐标系中表示与平面垂直且与平面的交线为线段的平面,故动点的轨迹为此平面截正方体所得的截口曲线(矩形)
当时,;当时,.
取,连接,
则,所以四边形为矩形,
则,即,
又平面,所以平面,
连接,则,
所以为的中点,则平面,
因为点在正方体的表面上运动,所以点的轨迹为四边形,
又,则点的轨迹为矩形,不是菱形,所以B错误.
第三步:根据动点的轨迹解决相关问题.
,所以线段的最大值为,所以C正确.
矩形的周长,所以D错误.
故选AC.
(2024长沙雅礼中学9月月考)
【典例2】已知正方体的棱长为1,每条棱所在直线与平面所成的角都相等,则平面截此正方体所得截面面积的最大值为________.
【套用模型】第一步:通读题目,根据题目条件画出对应图形
根据题意作出示意图,如图2所示,根据相互平行的直线与平面所成的角是相等的可知,在正方体中,平面与直线所成的角是相等的,
所以平面与平面平行.瓶干所给的条件“每条棱所在直线与平面所成的角都相等”较为抽象,将抽象问题具象化,我们先从正方体中找到一个与每条棱所在直线所成角相同的面,即由三条面对角线形成的等边三角形所在的平面
第二步:结合条件,分析截面形状.
由图易知平面和正方体形成的截面可以是三角形,也可以是六边形
第三步:根据截面形状解决相关问题.
由正方体的对称性知,截面面积最大时,截面的位置为与平面平行且过正方体中心的正六边形,其边长为,所以其面积为.
(2024浙江省名校协作体9月联考|多选)
【典例3】已知正方体的棱长为2,点为底面内一动点,则下列说法正确的是( )
A.若点在棱上运动,则的最小值为
B.若点是棱的中点,则平面截正方体所得截面的周长为
C.若点满足,则动点的轨迹是一条线段
D.若点在棱上运动,则到棱的最小距离为
【套用模型】第一步:利用转化求解.对于立体图形中几个线段长度和的最值问题,我们可以展开相应平面,将空间中的最值问题转化为平面中的最值问题
对于A,如图3,将平面展开与平面处于同一个平面,连接与交于点,此时取得最小值,即,故A错误.
第二步:截面问题中“找(作)截面”是难点.B选项中找平面截正方体所得截面,先确定正方体各面上已有的交线——,再在其他平面上找(作)与已知交线平行的直线——,最后针对余下含两交点的平面,直接连接确定在此平面的交线即可
对于B,如图4,取的中点,连接,
因为点是棱的中点,所以且,
又,所以,所以四边形即平面截正方体所得截面,
又,,,
所以截面周长为,故B正确.
第三步:根据动点的轨迹解决相关问题.
对于C,如图5,连接,易知.因为平面,平面,所以,又,平面,所以平面,
因为平面平面平面,平面,,所以在线段上,即动点的轨迹是一条线段,故C正确.
对于D,如图6,建立空间直角坐标系,连接,则,设,则,所以到棱的距离,
所以当时,取得最小值,且,故D正确.故选BCD.
一、单选题
(2024上·全国·高三期末)
1.如图,所有棱长都为1的正三棱柱,,点是侧棱上的动点,且,为线段上的动点,直线平面,则点的轨迹为( )
A.三角形(含内部) B.矩形(含内部)
C.圆柱面的一部分 D.球面的一部分
(2024上·河南南阳·高二统考期末)
2.在棱长为1的正方体中,、为线段上的两个三等分点,动点在内,且,则点的轨迹长度为( )
A. B. C. D.
二、多选题
(2024上·湖南长沙·高三雅礼中学校考阶段练习)
3.已知三棱锥P-ABC内接于球O,PA⊥平面A