稿件来源:高途
| 1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题题目答案及解析如下,仅供参考!
选择性必修一
第一章 空间向量与立体几何
1.4 空间向量的应用
1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题
如图,长方体$ABCD-{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}{{D}_{1}}$中,$AB=2$,$AD=1$,$A{{A}_{1}}=2$,$O$为底面$ABCD$的中心,点$P$为${{D}_{1}}{{B}_{1}}$上的动点(包括端点),则当$\triangle P{{A}_{1}}O$的面积最小时,线段$DP$的长为 .
如图以$DA,DC,D{{D}_{1}}$所在的直线分别为$x,y,z$轴建立空间直角坐标系,则
$D(0,0,0),{{A}_{1}}(1,0,2),O\left(\dfrac{1}{2},1,0\right)$,${{D}_{1}}(0,0,2),{{B}_{1}}(1,2,2)$,
则$\overrightarrow{{{A}_{1}}O}=\left( -\dfrac{1}{2},1,-2 \right),\overrightarrow{{{D}_{1}}{{B}_{1}}}=(1,2,0)$,
设$P(a,b,2)$,则$\overrightarrow{{{D}_{1}}P}=(a,b,0)$,
$\because \overrightarrow{{{D}_{1}}P}$‖$\overrightarrow{{{D}_{1}}{{B}_{1}}}$,
$\therefore \dfrac{a}{1}=\dfrac{b}{2}$,得$b=2a$,
$\therefore P(a,2a,2)$$($$0\le a\le 1$$)$,则$\overrightarrow{{{A}_{1}}P}=(a-1,2a,0)$,
设点$P$到${{A}_{1}}O$的距离为$d$,则
${{d}^{2}}={{\left| \overrightarrow{{{A}_{1}}P} \right|}^{2}}-{{\left( \dfrac{\overrightarrow{{{A}_{1}}P}\cdot \overrightarrow{{{A}_{1}}O}}{\left| \overrightarrow{{{A}_{1}}O} \right|} \right)}^{2}}={{(a-1)}^{2}}+4{{a}^{2}}-\dfrac{{{\left[-\dfrac{1}{2}(a-1)+2a\right]}^{2}}}{\dfrac{1}{4}+1+4}$
$=5{{a}^{2}}-2a+1-\dfrac{{{\left(\dfrac{3}{2}a+\dfrac{1}{2}\right)}^{2}}}{\dfrac{21}{4}}$
$=5{{a}^{2}}-2a+1-\dfrac{{{(3a+1)}^{2}}}{21}$
$=\dfrac{96{{a}^{2}}-48a+20}{21}$,
$\therefore $ 当$a=-\dfrac{-48}{2\times 96}=\dfrac{1}{4}$时,$d$取得最小值,此时$\triangle P{{A}_{1}}O$的面积取得最小值,
$\therefore P\left(\dfrac{1}{4},\dfrac{1}{2},2\right)$,
$\therefore DP=\sqrt{\dfrac{1}{16}+\dfrac{1}{4}+4}=\dfrac{\sqrt{69}}{4}$.
故答案为:$\dfrac{\sqrt{69}}{4}$
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