如图,在四面体ABCD中,截面EFGH平行于对棱AB和CD,且FG⊥GH,试问截面在什么位置时其截面面积最大.

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  • 解题思路:先证明截面EFGH是平行四边形,设AB=a,CD=b,∠FGH=α,再设FG=x,GH=y,由平面几何知识得 [x/a=

    CG

    CB

    y

    b

    BG

    BC],两式相加可得y=[b/a](a-x).

    截面面积S=FG•GH•sinα=

    bsinα

    a

    •x•(a−x)

    ,再利用基本不等式可得当E、F、G、H分别为相应棱的中点时,截面面积最大.

    ∵AB∥平面EFGH,平面EFGH与平面ABC和平面ABD分别交于FG、EH,∴AB∥FG,AB∥EH,∴FG∥EH.

    同理可证EF∥GH,∴截面EFGH是平行四边形.

    设AB=a,CD=b,∠FGH=α (a、b、α均为定值,其中α为AB与CD所成的角).

    再设FG=x,GH=y,由平面几何知识得 [x/a=

    CG

    CB,

    y

    b=

    BG

    BC],

    两式相加得[x/a+

    y

    b]=1,即y=[b/a](a-x).

    ∴截面面积S=FG•GH•sinα=x•

    b

    a(a−x)•sinα=[bsinα/a•x•(a−x).

    ∵x>0,a-x>0,且x+(a-x)=a为定值,∴

    bsinα

    a•x•(a−x)≤

    bsinα

    a•(

    x+a−x

    2) 2=

    ab•sinα

    4],

    ∴当且仅当x=a-x,即x=[a/2]时,取等号,即截面面积最大为S=[ab/4]sinα,

    即当E、F、G、H分别为相应棱的中点时,截面面积最大.

    点评:

    本题考点: 棱锥的结构特征.

    考点点评: 本题主要考查棱锥的结构特征,基本不等式的应用,属于中档题.

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