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学生认为立体几何太简单,老师把这五道题拿出来,以后乖乖听课

 点亮希望的种子 2019-12-06

孙子曰:“夫用兵之法,全国为上,破国次之;全军为上,破军次之;全旅为上,破旅次之;全卒为上,破卒次之;全伍为上,破伍次之。是故百战百胜,非善之善者也。”

立体几何是高考数学传统的主体内容, 立体几何的最值问题是当前高考命题的一个热点。命题者特别关注空间几何中的最值与函数、不等式、平面几何、三角函数等知识的联系,使得有些题目看起来偏难。

本文整理了历年高考题和模拟题,从中提炼出立体几何最值问题的五个策略,应用相应策略,可以解决所有立体几何中最值问题。

策略一:构造函数求最值

解题关键:恰当引入参变量,准确地建立目标函数,借助于函数的思想和方法, 然后根据表达式的结构特征用代数知识求最值。常见的有:二次函数,对勾函数,导函数。

1、在四面体ABCD内部有一点O,满足OA=OB=OC=4,OD=1,则四面体ABCD体积的最大值为  

【分析】由定、动结合可得,要使四面体ABCD体积最大,需OD⊥平面ABC,设O在平面ABC上的投影为G,且OG=x,求出三角形ABC的外接圆的半径,得到三角形ABC面积的最大值,代入体积公式,结合导数求得答案.

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策略二:利用均值不等式求最值

解题关键:构建两个变量的等式,应用均值不等式求出最值

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【分析】将该线段放于长方体的体对角线,则它的三视图分别是长方体三个面的对角线,构建长方体的长宽高和体对角线之间的方程,利用均值不等式可求出最大值!

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策略三:构建三角函数

解题关键:找到合适的角作为变量,用三角函数表示长度,可以帮助我们将题中的数量关系转化为代数式(三角函数式),进而求得最值!

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【分析】题目中只给出了一个定值,显然不能直接计算面积的最值,而分析题中所给的条件,有垂直关系,这样就存在直角三角形,给三角函数的运用创造了条件。

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【分析】利用AB与投影面α所成角为θ,∠BAC=120°,AB=AC=AA1=2,∠BAD=θ,建立正视图的面积为m和侧视图的面积为n的关系,利用30°≤θ≤60°求解mn的最大值.

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策略四:立体图形展开为平面

解题关键:将空间图形展开,把立体几何问题转化为平面几何问题,一般用于求选择路径问题,几何中的最值问题等。

应用此法可化折为直、化曲为直。一定要重视图形翻折前后的对比,,以及空间图形的棱、侧棱、母线等分别是平面图形中的哪些量, 从而进行计算。

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【分析】将三棱锥的侧面展开,从A点虫子爬行绕三棱锥侧面一圈回到点A的距离中,虫子爬行的最短距离,可转化为求AA1的长度,利用勾股定理即可得到答案.

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【分析】由题意,利用侧面展开图,则顶角为60°,利用正三角形可得蚂蚁爬行的最短路程.

【解答】解:由题意,利用侧面展开图两次,则顶角为60°,三角形是正三角形,

可得蚂蚁爬行的最短路程为:2.

故答案为:2

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【分析】连A1B,沿BC1将△CBC1展开与△A1BC1在同一个平面内,不难看出CP+PA1的最小值是A1C的连线.(在BC1上取一点与A1C构成三角形,因为三角形两边和大于第三边)由余弦定理即可求解.

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策略五:建坐标系,空间向量求解

解题关键:向量的相关知识是高中数学中重要的解题方法,对于立体图形中线段可以变成相应的数量之间的运算关系,并且运用向量还可以表示空间中直线的位置关系,掌握向量在立体几何解决最值问题有着很大的帮助。

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【分析】(I)连接AD,DE,AE,可证AD⊥PQ,DE⊥PQ,从而可证PQ⊥平面ADE.

(II)设AD=x,得到d²关于x的二次函数从而可得d何时最小并能求得此时四棱锥A﹣PBCQ的体积.

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