每日一题[3220]旋转下的最值

如图,圆锥 $V A B$ 内有一个内切球 $O$,球 $O$ 与母线 $V A, V B$ 分别切于点 $C, D$.若 $\triangle V A B$ 是边长为 $2$ 的等边三角形,$O_{1}$ 为圆锥底面圆的中心,$M N$ 为圆 $O_{1}$ 的一条直径 $(M N$ 与 $A B$ 不重合),则下列说法正确的是(       )

A.球的表面积与圆锥的侧面积之比为 $2: 3$

B.平面 $C M N$ 截得圆锥侧面的交线形状为抛物线

C.四面体 $C D M N$ 的体积的取值范围是 $\left(0, \dfrac{\sqrt{3}}{3}\right)$

D.若 $P$ 为球面和圆锥侧面的交线上一点,则 $|PM|+|PN|$ 最大值为 $2 \sqrt{2}$

答案    ABD.

解析  对于选项 $\boxed{A}$,球的半径为 $\dfrac{\sqrt 3}3$,圆锥的底面半径为 $1$,母线长为 $2$,因此所求表面积之比为\[\dfrac{4\pi \left(\dfrac{\sqrt 3}3\right)^2}{\pi \cdot 1\cdot 2}=\dfrac 23,\]命题正确.

对于选项 $\boxed{B}$,平面 $CMN$ 与圆锥面的轴线夹角为 $30^\circ$,与母线和轴线的夹角相同,因此所求交线形状为抛物线,命题正确.

对于选项 $\boxed{C}$,四面体 $CDMN$ 的体积\[[CDMN]=\dfrac 16\cdot |CD|\cdot |MN|\cdot d(CD,MN)\cdot \sin\langle CD,MN\rangle=\dfrac{\sqrt 3}6\cdot \sin\langle CD,MN\rangle,\]因此其取值范围是 $\left(0,\dfrac{\sqrt 3}6\right]$,命题错误.

对于选项 $\boxed{D}$,由于 $|O_1P|=|O_1M|=|O_1N|$,于是 $PM\perp PN$,从而\[|PM|+|PN|\leqslant 2\sqrt{\dfrac{|PM|^2+|PN|^2}2}=2\sqrt 2,\]等号当 $|PM|=|PN|$ 时取得,因此 $|PM|+|PN|$ 的最大值为 $2\sqrt 2$,命题正确.

综上所述,正确的说法是 $\boxed{A}$ $\boxed{B}$ $\boxed{D}$.

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