微专题: 立体几何中的动态问题题型一立体几何中动态问题中的距离、角度问题例题1.如图，在三棱锥中，平面平面，与均为等腰直角三角形，且，．点是线段上的动点，若线段上存在点，使得异面直线与成的角，则线段长的取值范围是（）A. B. C. D.【答案】B【解析】设的中点为，连，因，故建立如图所示的空间直角坐标系，则，则，所以，，所以，即，也即，由此可得，结合可得，所以，则，即，应选答案B。
求两点间的距离或其最值。
一种方法，可建立坐标系，设点的坐标，用两点间距离公式写出距离，转化为求函数的最值问题；另一种方法，几何法，根据几何图形的特点，寻找那两点间的距离最大（小），求其值。
例题2.如图，四边形ABCD和ADPQ均为正方形，它们所在的平面互相垂直，动点M在线段PQ上，E、F分别为AB、BC的中点。
设异面直线EM与AF所成的角为，则的最大值为.【答案】，当时取等号.所以，当时，取得最大值.【指点迷津】空间的角的问题，一种方法，代数法，只要便于建立空间直角坐标系均可建立空间直角坐标系，然后利用公式求解；另一种方法，几何法，几何问题要结合图形分析何时取得最大（小）值。
当点M 在P 处时，EM 与AF 所成角为直角，此时余弦值为0（最小），当M 点向左移动时，EM 与AF 所成角逐渐变小时，点M 到达点Q 时，角最小，余弦值最大。
题型二 立体几何中动态问题中的轨迹问题例题3.设P 是正方体1111ABCD A B C D 的对角面11BDD B （含边界）内的点，若点P 到平面ABC 、平面1ABA 、平面1ADA 的距离相等，则符合条件的点P （ ）A. 仅有一个B. 有有限多个C. 有无限多个D. 不存在 【答案】A【解析】解：与平面1,ABC ABA 距离相等的点位于平面1111A B C D 上； 与平面1,ABC ADA 距离相等的点位于平面11AB C D 上； 与平面11,ABA ADA 距离相等的点位于平面111ACC A 上；据此可知，满足题意的点位于上述平面1111A B C D ，平面11AB C D ,平面111ACC A 的公共点处，结合题意可知，满足题意的点仅有一个. 本题选择A 选项.点睛：本题考查点到平面的距离，利用点到直线的距离将平面问题类比到空间中点到面的距离，据此找到满足题意的点是否存在即可.例题4.如图，AB 是平面a 的斜线段，A 为斜足，若点P 在平面a 内运动，使得△ABP 的面积为定值，则动点P 的轨迹是（ ）（A ）圆 （B ）椭圆 （C ）一条直线 （D ）两条平行直线【答案】B【解析】由于线段AB 是定长线段，而△ABP 的面积为定值，所以动点P 到线段AB 的距离也是定值．由此可知空间点P 在以AB 为轴的圆柱侧面上．又P 在平面内运动，所以这个问题相当于一个平面去斜切一个圆柱(AB 是平面的斜线段)，得到的切痕是椭圆．P 的轨迹就是圆柱侧面与平面a 的交线 ．例题6.已知正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1的棱长为3，长为2的线段MN 点一个端点M 在DD 1上运动，另一个端点N 在底面ABCD 上运动，则MN 的中点P 的轨迹与正方体的面所围成的几何体的体积为 ． 【答案】π6【解析】由于M 、N 都是运动的，所以求的轨迹必须化“动”为“静”，结合动点P 的几何性质，连结DP ，因为MN=2，所以PD=1，因此点P 的轨迹是一个以D 为球心，1为半径的球面在正方体内的部分，所以点P 的轨迹与正方体的表面所围成的几何体的体积为球的体积的18，即1843163⨯⨯=ππ．题型三 立体几何中动态问题中的面积、体积问题例题5.在棱长为6的正方体中，是中点，点是面所在的平面内的动点，且满足，则三棱锥的体积最大值是（ ）A. 36B.C. 24D.【答案】B例题6.如右图所示，在棱长为2的正方体1111ABCD A B C D -中， E 为棱1CC 的中点，点,P Q 分别为面1111A B C D 和线段1B C 上的动点，则PEQ ∆周长的最小值为_______．【解析】将面1111A B C D 与面11BB C C 折成一个平面，设E 关于11B C 的对称点为M ，E 关于1B C 对称点为N,则PEQ ∆周长的最小值为MN ==.巩固练习： 1.如图，已知正方体棱长为4，点在棱上，且，在侧面内作边长为1的正方形，是侧面内一动点，且点到平面距离等于线段的长，则当点运动时，的最小值是（ ）A ．21B ．22C ．23D ．25 【答案】B【解析】在上取点，使得，则面，连结，则．在平面上，以所在直线为轴，以所在直线为轴，由题意可知，点轨迹为抛物线，其方程为，点坐标为，设，则（其中，当时，，故．2、如图，已知平面，，、是直线上的两点，、是平面内的两点，且，，，，．是平面上的一动点，且直线，与平面所成角相等，则二面角的余弦值的最小值是（）A．B．C．D．【答案】C试题分析：∵，，，，∴，同理：．∴为直线与平面所成的角，为直线与平面所成的角，∴，又，∴，∴．在平面内，以为轴，以的中垂线为轴建立平面直角坐标系，则，．设，（）∴，整理得．∴点在平面内的轨迹为以为圆心，以为半径的上半圆．∵平面平面，，，∴为二面角的平面角．∴当与圆相切时，最大，取得最小值．此时，，，∴．．故选：C．3.在正四棱锥S －ABCD 中，E 是BC 的中点，P 点在侧面△SCD 内及其边界上运动，并且总是保持PE ⊥AC ．则动点P 的轨迹与△SCD 组成的相关图形最有可能的是 ( )【答案】A【解析】如图，分别取CD 、SC 的中点F 、G ，连结EF 、EG 、FG 、BD ．设AC 与BD 的交点为O ，连结SO ，则动点P 的轨迹是△SCD 的中位线FG ．由正四棱锥可得SB ⊥AC ，EF ⊥AC ．又∵EG ∥SB∴EG ⊥AC ∴AC ⊥平面EFG ，∵P ∈FG ，E ∈平面EFG ， ∴AC ⊥PE ．4.已知正方体1111D C B A ABCD -的棱长为1，点P 是平面AC 内的动点，若点P 到直线11D A 的距离等于点P 到直线CD 的距离，则动点P 的轨迹所在的曲线是（ ）A ．抛物线B ．双曲线C ．椭圆D ．直线【答案】B【解析】简析：如图4，以A 为原点，AB 为x 轴、AD 为y 轴，建立平面直角坐标系．设P （x ，y ），作AD PE ⊥于E 、11D A PF ⊥于F ，连结EF ，易知1x |EF ||PE ||PF |2222+=+=又作CD PN ⊥于N ，则|1y ||PN |-=．依题意|PN ||PF |=，即|1y |1x 2-=+，化简得0y 2y x 22=+-故动点P 的轨迹为双曲线，选B ．5.若三棱锥A —BCD 的侧面ABC 内一动点P 到底面BCD 的距离与到棱AB 的距离相等，则动点P 的轨迹与∆ABC 组成的图形可能是：（D ）A A AB C B C B C B C A B C DDDA ．B ．C ．D ． A【答案】D【解析】动点P 在侧面ABC 内，若点P 到AB 的距离等于到棱BC 的距离，则点P 在∠ABC 的内角平分线上．现在P 到平面BCD 的距离等于到棱AB 的距离，而P 到棱BC 的距离大于P 到底面BCD 的距离，于是，P 到棱AB 的距离小于P 到棱BC 的距离，故动点P 只能在∠ABC 的内角平分线与AB 之间的区域内．只能选D ．6.已知在矩形ABCD 中，AB=3，BC=a ，若PA ⊥面AC ，在BC 边上取点E ，使PE DE ⊥，若满足条件的E 点有两个时，a 的取值范围是多少？解析：连结AE ，由三垂线逆定理可知DE AE ⊥，要使满足条件的E 点有两个则须使以AD 为直径的圆与BC 有两个交点，所以半径长3,62aa >∴>。
7.如图，正三棱锥S-ABC 的底面边长为2a ，E 、F 、G 、H 分别为SA,SB,CB,CA 的中点，则四边形EFGH 的面积的取值范围是（ ）A. (0，+∞)B.（23，+∞） C. （26a ，+∞） D.（212a ，+∞）解析：因为E 、F 、G 、H 分别为SA,SB,CB,CA 的中点， 11//,//22EF AB HG AB ====∴，//EF HG ==∴，同理，//EH FG ==，所以EFGH 为平行四边形，又S-ABC 为正三棱锥，∴ SC AB ⊥，//,//EF AB FG SC ∴，所以EF FG ⊥，从而四边形EFGH 为矩形，其面积S= 12GH GF a SC ⋅=⋅，当正三棱锥的高→0时，SC→正三角形ABC ，所以四边形EFGH 的面积→ 2，选B. 点评：有时变量的变化过程无法达到确定的端点位置，而端点的情况恰好影响着问题的思考，此时可以利用极限的思想来考虑运动变化的极限位置。
8.在棱长为6的正方体中，是的中点，点是面所在的平面内的动点，且满足，则三棱锥的体积最大值是（ ） A ．36 B ． C.D ．【答案】A 【解析】因为平面，由，同理平面，则，所以，下面研究点在面内的轨迹（立体几何平面化），在平面直角坐标系内设，设，因为，所以，化简得，该圆与的交点的纵坐标最大，交点坐标，三棱锥的底面的面积为，要使三棱锥的体积最大，只需高最大，当在上时，棱锥的高最大，，故选A.9.如图，，平面，交于，交于，且，则三棱锥体积的最大值为．【答案】【解析】因为平面，所以,又，,又因为,所以平面,所以平面平面,，平面平面,所以平面,所以,所以平面,由可得，所以,所以三棱锥体积的最大值为.。