(本小题满分12分)
如图,已知正三棱柱的各棱长都是4,是的中点,动点在侧棱上,且不与点重合。
(Ⅰ)当时,求证:;
(Ⅱ)设二面角的大小为,求的最小值。
(Ⅰ)过作于,连结。
如图,连结、,由直棱柱的性质知,底面侧面。
又底面侧面,且底面,所以侧面,为在侧面内的射影。
在中,。则由,得,又,故。
由三垂线定理知。
(Ⅱ)如图,连结,过作于,连结。
由(Ⅰ)知侧面,根据三垂线定理得,所以是二面角的平面角,即。
设,则。
在中,。
在中,,
故当,即当时,达到最小值。
故。此时与重合。
本题主要考查点、线、面的位置关系。
(Ⅰ)构造点使得,使得。利用得到线面垂直从而得到线线垂直。
(Ⅱ)利用线面垂直构造出二面角的平面角,通过解三角形得到平面角的正切值。