每日一题[202] 又见三射线

2014年全国高中数学联赛山东省预赛第5题:

已知直角三角形\(ABC\)的两条直角边\(AC=2\),\(BC=3\),\(P\)为斜边\(AB\)上一点,将\(CP\)将此三角形折成直二面角\(A-CP-B\),当\(AB=\sqrt 7\)时,二面角\(P-AC-B\)的值为_______.

QQ20150805-3


cover正确答案是\(\arctan \sqrt 2\).

QQ20150805-6

如图,在平面\(PCB\)内过\(P\)作直二面角\(A-CP-B\)的棱\(CP\)的垂线交边\(BC\)于\(E\),则\(EP\perp ACP\).

于是在平面\(PAC\)中过\(P\)作二面角\(P-AC-B\)的棱\(AC\)的垂线,垂足为\(D\),连接\(DE\),则\(\angle PDE\)为二面角\(P-AC-B\)的平面角,且\(\tan\angle PDE=\dfrac{EP}{PD}\).

根据每日一题[46] 三射线定理,有\[\cos\angle ACB=\cos\angle ACP\cdot\cos\angle BCP,\]于是\[\dfrac{AC^2+BC^2-AB^2}{2\cdot AC\cdot BC}=\cos\angle ACP\cdot\sin \angle ACP,\]解得\[\angle ACP=\dfrac {\pi}{4},\]如图.

QQ20150805-4

因此所求二面角\(P-AC-B\)的值为\(\arctan \sqrt 2\).

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