Question

（1）已知一个圆锥母线长为4，母线与高成45°角，求圆锥的底面周长．
（2）已知直线l与平面α成φ，平面α外的点A在直线l上，点B在平面α上，且AB与直线l成θ，
①若φ=60°，θ=45°，求点B的轨迹；
②若任意给定φ和θ，研究点B的轨迹，写出你的结论，并说明理由．

Answer

（1）由圆锥的母线长为4，母线与高成45°角，知高和底面半径与母线构成一个等腰直角三角形，由勾股定理可知底面半径为2，由圆周公式2πR可算出底面周长．
（2）①设l∩α=C，点A在平面α上的射影为点O．建立空间直角坐标系，设|AC|=a，有A（0，0，asin60°），C（0，-acos60°）．设B（x，y，0），则=（0，-acos60°，-asin60°）．=（x，y，-asin60°）．所以．又由|•cos45°，知-acos60°•y+a2sin60°=a，平方整理得，由此知点B的轨迹．
②设l∩α=C，点A在平面α上的射影为点O．如图建立空间直角坐标系，设|AC|=a，有A（0，0，asinφ），C（0，-acosφ），（0＜φ＜）．设B（x，y，0），则（6分）=（0，-acosφ，-asinφ）．=（x，y，-asinφ）．所以φ．由|•cosθ=a••cosθ．知cos2θ•x2+（cos2θ-cos2φ）y2+a2ysinφsin2φ+a2sin2φ（cos2θ-sin2φ）=0．故当φ=时，点B的轨迹为圆；当θ＜φ＜时，点B的轨迹为椭圆；当θ=φ＜时，点B的轨迹为抛物线；当θ＞φ时，点B的轨迹为双曲线．
【解析】
（1）∵圆锥的母线长为4，母线与高成45°角，
高和底面半径与母线构成一个等腰直角三角形，
即高和底面半径长度一样，
则由勾股定理可知底面半径为2，
则由圆周公式2πR可算出底面周长4π；                                                               （2分）
（2）①设l∩α=C，点A在平面α上的射影为点O．如图建立空间直角坐标系，
设|AC|=a，有A（0，0，asin60°），C（0，-acos60°）．
设B（x，y，0），则=（0，-acos60°，-asin60°）．
=（x，y，-asin60°）．
∴．
又∵|•cos45°=a•．
∴-acos60°•y+a2sin60°=a．                      （11分）
平方整理得cos245°•x2+（cos245°-cos260°）y2+a2ysin60°sin120°+a2sin260°（cos245°-sin260°）=0．
即，
∴点B的轨迹椭圆；                                                                  （4分）
②设l∩α=C，点A在平面α上的射影为点O．如图建立空间直角坐标系，
设|AC|=a，有A（0，0，asinφ），C（0，-acosφ），（0＜φ＜）．设B（x，y，0），则（6分）=（0，-acosφ，-asinφ）．
=（x，y，-asinφ）．
∴φ．
又∵|•cosθ=a••cosθ．
∴-acosφ•y+a2sinφ=a．                      （11分）
平方整理得cos2θ•x2+（cos2θ-cos2φ）y2+a2ysinφsin2φ+a2sin2φ（cos2θ-sin2φ）=0．
i．当cos2θ-cos2φ=0，即θ=φ时，上式为抛物线方程；
ii．当cos2θ-cos2φ＞0，即θ＜φ时，上式为椭圆方程；
iii．当cos2θ-cos2φ＜0，即θ＞φ时，上式为双曲线方程．（14分）
故当φ=时，点B的轨迹为圆；
当θ＜φ＜时，点B的轨迹为椭圆；
当θ=φ＜时，点B的轨迹为抛物线；
当θ＞φ时，点B的轨迹为双曲线．                                  （16分）