Question

一塊邊長為10的正方形紙片，按如圖所示將陰影部分裁下，然后將余下的四個全等的等腰三角形作為側面制作一個正四棱錐S-ABCD（底面是正方形，頂點在底面的射影是底面中心的四棱錐）．
（1）過此棱錐的高以及一底邊中點F作棱錐的截面（如圖），設截面三角形面積為y，求y的最大值及y取最大值時的x的值；
（2）空間一動點P滿足（a+b+c=1），在第（1）問的條件下，求的最小值，并求取得最小值時a，b，c的值；
（3）在第（1）問的條件下，設F是CD的中點，問是否存在這樣的動點Q，它在此棱錐的表面（包含底面ABCD）運動，且FQ⊥AC？如果存在，計算其運動軌跡的長度，如果不存在，說明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）在直角三角形中根據兩條邊長利用勾股定理做出四棱錐的高，即可求得截面三角形面積的函數表達式；
（2）先證明P，A，B，C共面，即P∈平面ABC，從而的最小值即是S到平面ABC的距離SO；
（3）取BC的中點G，SC中點T，連接FG，GT，TF，證明AC⊥平面GFT即可得到結論，從而可求軌跡的長度．
解答：解：（1）由題意，y=EF•SO==（0＜x＜10）…．（2分）
∴y==≤=．
當且僅當x²=100-x²，即x=5時取得最大值．…..（4分）
（2）由（a+b+c=1），得，
∴=，
∴a=-b-c，
∴共面，
∴P，A，B，C共面，即P∈平面ABC．
∴的最小值即是S到平面ABC的距離SO，
在上問條件下，SO==…（7分）
此時=，即a=，b=0，c=…（9分）
（3）存在這樣的點的軌跡，下面證明：

取BC的中點G，SC中點T，連接FG，GT，TF，FG∩AC=H，則GF∥BD，TH∥SO
∵SO⊥AC，BD⊥AC
∴AC⊥GF，AC⊥TH
∵GF∩TH=H
∴AC⊥平面GFT．
∴只要Q在平面GFT與棱錐的表面的交線上運動，均有FQ⊥AC．
此時，由中位線性質可知，△GFT的周長l=（SB+BD+SD）=，
在（1）的條件下，l=…..（14分）
點評：本題考查函數模型的構建，考查向量知識的運用，考查線面垂直，考查學生分析解決問題的能力，屬于中檔題．