Question

如圖，已知ABCD-A₁B₁C₁D₁是底面為正方形的長(zhǎng)方體，∠AD₁A₁=60°，AD₁=4，點(diǎn)P是AD₁上的動(dòng)點(diǎn)．
（1）試求四棱錐P-A₁B₁C₁D₁體積的最大值；
（2）試判斷不論點(diǎn)P在AD₁上的任何位置，是否都有平面B₁PA₁垂直于平面AA₁D₁？并證明你的結(jié)論．

Answer 1

分析：（1）由棱錐的體積公式，由底面A₁B₁C₁D₁的面積固定，則四棱錐P-A₁B₁C₁D₁的高取最大值時(shí)，四棱錐P-A₁B₁C₁D₁體積取最大值，結(jié)合P是AD₁上的動(dòng)點(diǎn)，易得當(dāng)P與A重合時(shí)滿足條件，代入棱錐的體積公式，即可求出答案．
（2）由題意知，B₁A₁⊥A₁D₁，B₁A₁⊥A₁A，由線面垂直的判定定理，可得B₁A₁⊥平面AA₁D₁，進(jìn)而由面面垂直判定得到平面B₁PA₁垂直于平面AA₁D₁．

解答：解：（1）∵ABCD-A₁B₁C₁D₁是長(zhǎng)方體∴側(cè)面AA₁D₁⊥底面A₁B₁C₁D₁
∴四棱錐P-A₁B₁C₁D₁的高為點(diǎn)P到平面A₁B₁C₁D₁的距離
當(dāng)點(diǎn)P與點(diǎn)A重合時(shí)，四棱錐P-A₁B₁C₁D₁的高取得最大值，這時(shí)四棱錐P-A₁B₁C₁D₁體積最大，
在 Rt△AA₁D₁中∵∠AD₁A₁=60°
∴AA1=AD1sin60°=2

3

，A₁D₁=AD₁cos60°=2，
∴（VP-A1B1C1D1）_max=

1

3

•SA1B1C1D1•AA₁=

8

3

3

（2）不論點(diǎn)P在AD₁上的任何位置，都有平面B₁PA₁垂直于平面AA₁D₁．證明如下：
由題意知，B₁A₁⊥A₁D₁，B₁A₁⊥A₁A，
又∵AA₁∩A₁D₁=A₁
∴B₁A₁⊥平面AA₁D₁
又A₁B₁?平面B₁PA₁
∴平面B₁PA₁⊥平面AA₁D₁．

點(diǎn)評(píng)：本題考查的知識(shí)點(diǎn)是平面與平面垂直的判定，棱錐的體積公式，其中（1）的關(guān)鍵是判斷出當(dāng)P與A重合時(shí)滿足四棱錐P-A₁B₁C₁D₁體積取最大值，（2）的關(guān)鍵是證得B₁A₁⊥平面AA₁D₁．