Question

長(zhǎng)方體AC₁中，AB=BC=1，AA₁=2，過(guò)頂點(diǎn)D₁在空間作直線l，使l與直線AC和BC₁所成的角都等于，這樣的直線最多可作 ______條．

1. A.
   1
2. B.
   2
3. C.
   3
4. D.
   4

Answer 1

D
分析：連接A₁C₁、A₁B，可得∠A₁C₁B（或其補(bǔ)角）就是直線AC和BC₁所成的角．在△A₁C₁B中用余弦定理，算出直線AC和BC₁所成的角為arccos．設(shè)△A₁C₁B確定的平面為α，直線A₁C₁是直線m，直線BC₁是直線n，得經(jīng)過(guò)m、n的交點(diǎn)O的直線l在α內(nèi)的射影在m、n所成角的平分線上時(shí)，l與m、n所成的角相等．在此情況下討論這個(gè)所成角的范圍，結(jié)合直線l的平移，可得滿足條件的直線最多可以作出4條．
解答：連接A₁C₁、A₁B，
∵長(zhǎng)方體AC₁中，A₁A∥C₁C且A₁A=C₁C
∴四邊形AA₁C₁C是平行四邊形，得A₁C₁∥AC
∴∠A₁C₁B（或其補(bǔ)角）就是直線AC和BC₁所成的角
△A₁C₁B中，A₁C₁=AC==，同理可得A₁B=BC₁==
∴cos∠A₁C₁B==，
由此可得直線AC和BC₁所成的角為arccos＞=arccos
設(shè)△A₁C₁B確定的平面為α，直線A₁C₁是直線m，直線BC₁是直線n，
得m、n所成的銳角為arccos，是大于的角
經(jīng)過(guò)m、n的交點(diǎn)O作直線l，當(dāng)l在α內(nèi)的射影在m、n所成角的平分線上時(shí)，l與m、n所成的角相等．
∵m、n所成的銳角為arccos＞
∴當(dāng)l在α內(nèi)的射影在m、n所成鈍角的角平分線上時(shí)，l與m、n所成角的范圍為（-arccos，]，所成角的最小值大于-arccos，
并且無(wú)限接近-arccos，而＞-arccos，
所以此種情況有兩個(gè)位置滿足l與m、n所成角等于；
當(dāng)l在α內(nèi)的射影在m、n所成銳角的角平分線上時(shí)，l與m、n所成角的范圍為（arccos，]，
因?yàn)?img class='latex' src='http://thumb.zyjl.cn/pic5/latex/13.png' />arccos＜，所以直線l也有兩個(gè)位置滿足與m、n所成角都等于．
綜上所述，經(jīng)過(guò)m、n的交點(diǎn)O，有4條直線l滿足與m、n所成角等于，
再將直線l平移至經(jīng)過(guò)點(diǎn)D₁，可得經(jīng)過(guò)頂點(diǎn)D₁在空間作直線l，
使l與直線AC和BC₁所成的角都等于，這樣的直線最多可作4條
故選D
點(diǎn)評(píng)：本題在長(zhǎng)方體中，討論經(jīng)過(guò)一個(gè)頂點(diǎn)作出與兩條面對(duì)角線都成60度的直線的條數(shù)，著重考查了長(zhǎng)方體的性質(zhì)和異面直線所成角求法與范圍等知識(shí)，屬于中檔題．