如图,已知边长为\(1\)正三角形\(A'BC\)的顶点\(A'\)在平面\(\alpha\)内,顶点\(B\)、\(C\)在平面\(\alpha\)外的同一侧,点\(B'\)、\(C'\)分别为\(B\)、\(C\)在平面\(\alpha\)内的投影,设\(BB'\leqslant CC'\),直线\(CB'\)与平面\(A'CC'\)所成的角为\(\varphi\).若三角形\(A'B'C'\)是以角\(A'\)为直角的直角三角形,则\(\tan\varphi\)的范围为________.
正确答案是\(\left[\dfrac{\sqrt 2}2,\dfrac{\sqrt 3}2\right)\).
法一
如图建立空间直角坐标系,设\(B(0,b,m)\),\(C(c,0,n)\),则\[\begin{cases}b^2+m^2=c^2+n^2=1,\\(0,b,m)\cdot (c,0,n) =\dfrac 12,\\0<m\leqslant n,\end{cases}\]可得\(m\)的范围是\(\left(\dfrac{1}{2},\dfrac{\sqrt 2}2\right]\),而\[\tan\varphi =b=\sqrt{1-m^2}\]的取值范围为\(\left[\dfrac{\sqrt 2}2,\dfrac{\sqrt 3}2\right)\).
法二
注意到\(\tan\varphi = \cos\angle BA'B'=\sin\angle BA'z\).考虑\(\angle BA'z\)为直线\(BA'\)与平面\(ACC'\)所成的角,显然其上确界(无法取得)为\(60^\circ\),此时\(\sin\angle BA'z=\dfrac{\sqrt 3}2\);其最小值当\(BB'=CC'\)时取得,为\(45^\circ\).因此所求的范围为\(\left[\dfrac{\sqrt 2}2,\dfrac{\sqrt 3}2\right)\).

