Question

如圖，一塊礦石晶體的形狀為四棱柱，底面ABCD是正方形，CC₁=3，CD=2，且∠C₁CB=∠C₁CD=60°．
（1）設

CD

=

a

， 

CB

=

b

， 

CC1

=

c

，試用

a

，

b

，

c

表示

A1C

；
（2）O為四棱柱的中心，求CO的長；
（3）求證：A₁C⊥BD．

Answer 1

分析：（1）利用空間向量的加法，可得平行六面體的體對角線，可得

CA1

=

a

+

b

+

c

，再利用

A1C

與

CA1

互為相反向量，就可求出

A1C

．
（2）因為O為四棱柱的中心，所以O為線段A₁C的中點，所以要求CO的長，只需求出A₁C的長即可．利用（1）中所求

CA1

=

a

+

b

+

c

，再求模即可．
（3）要證A₁C⊥BD，只需證明

CA1

•

BD

=0，即可，根據

CA1

=

a

+

b

+

c

，

BD

=

a

-

b

，也即是證明(

a

+

b

+

c

)•(

a

-

b

)=0，再用已知計算即可．

解答：解：（1）由

CD

=

a

， 

CB

=

b

， 

CC1

=

c

，得

CA1

=

a

+

b

+

c

．
所以，

A1C

=-

a

-

b

-

c

．
（2）O為四棱柱的中心，即O為線段A₁C的中點．
由已知條件，得|

a

|=|

b

|=2，|

c

|=3，

a

•

b

=0，＜

a

，

c

＞=60°，＜

b

，

c

＞=60°．
根據向量加減法得

BD

=

a

-

b

，

CA1

=

a

+

b

+

c

.|

CA1

|2=

CA1

2=(

a

+

b

+

c

)2=

a

2+

b

2+

c

2+2

a

•

b

+2

b

•

c

+2

a

•

c

=2²+2²+3²+0+2×3×2×cos60°+2×3×2×cos60°=29．
∴A₁C的長為

29

．
所以CO=

29

2

．
（3）∵

CA1

•

BD

=(

a

+

b

+

c

)•(

a

-

b

)=

a

2+

a

•

c

-

b

2-

b

•

c

=2²+2×3×cos60°-2²-2×3×cos60°=0，
∴CA₁⊥BD．

點評：本題考查了用空間向量判斷幾何中的位置關系．注意和平面向量知識相聯系．