Question

如图，在 Rt△AOB中，，斜边AB=4，D是AB的中点．现将 Rt△AOB以直角边AO为轴旋转一周得到一个圆锥体，点C为圆锥体底面圆周上的一点，且∠BOC=90°．
（1）求异面直线AO与CD所成角的大小；
（2）若某动点在圆锥体侧面上运动，试求该动点从点C出发运动到点D所经过的最短距离．

Answer

（1）解法一：设OB中点为E，连接CE、DE，则设异面直线AO与CD所成角即为∠CDE，然后在直角三角形CDE中求出此角即可．
解法二：以OC为x轴，OB为y轴，OA为z轴，建立空间直角坐标系，然后求出异面直线AO与CD的方向向量，最后根据向量的夹角公式进行计算即可求出所求；
（2）由条件，底面圆周长为2π•OB=4π，母线长AB=4，从而求出该圆锥体侧面展开图的扇形圆心角大小，展开图恰好为一个半圆，此时CD的长即为所求，利用余弦定理解之即可．
【解析】
（1）解法一：设OB中点为E，连接CE、DE，则设异面直线AO与CD所成角即为∠CDE．
由DE∥AO，所以DE⊥底面COB，于是DE⊥CE．
又，，∴．
即异面直线AO与CD所成角的大小为．
解法二：以OC为x轴，OB为y轴，OA为z轴，建立空间直角坐标系，则O（0，0，0），，C（2，0，0），，∴，，设异面直线AO与CD所成角为θ，则．∴异面直线AO与CD所成角的大小为．
（2）由条件，底面圆周长为2π•OB=4π，母线长AB=4．故该圆锥体侧面展开图的扇形圆心角大小为，即展开图恰好为一个半圆．由条件，故展开图中，，此时CD的长即为所求．由余弦定理，，故从点C出发在圆锥体表面运动到点D的最短距离为．