Question

如图，矩形ABCD与ADQP所在平面垂直，将矩形ADQP沿PD对折，使得翻折后点Q落在BC上，设AB=1，PA=x，AD=y．

（Ⅰ）试求y关于x的函数解析式；
（Ⅱ）当y取最小值时，指出点Q的位置，并求出此时直线AD与平面PDQ所成的角；
（Ⅲ）在条件（Ⅱ）下，求三棱锥P-ADQ的内切球的半径．

Answer

（Ⅰ）连接AQ，可以证出DQ⊥面PAQ，AQ⊥DQ，得出Rt△ABQ∽Rt△QCD，根据比例关系得出y关于x的函数解析式．
（Ⅱ） 由（Ⅰ）得出
（Ⅲ）设三棱锥P-ADQ的内切球半径为r，连接OA，OP，OQ，OD则三棱锥被分成了四个小三棱锥，利用等体积分割法求出r．
【解析】
（Ⅰ）显然x＞1，连接AQ．
∵平面ABCD⊥平面ADQP，PA⊥AD，
∴PA⊥平面ABCD，PA⊥DQ，
又PQ⊥DQ，
∴DQ⊥面PAQ，AQ⊂面PAQ，
∴AQ⊥DQ，AD=y2-x2．
∵Rt△ABQ∽Rt△QCD，，
∴，即，
∴．
（Ⅱ） ，
当且仅当即时取等号．
此时CQ=1，即Q是BC的中点．于是由DQ⊥平面PAQ知平面PDQ⊥平面PAQ，PQ是其交线，则过A作AE⊥平面PDQ，
∴∠ADQ就是AD与平面PDQ所成的角．
由已知得，PQ=AD=2，
∴AE=1，，∠ADE=30°，
即AD与平面PDQ所成的角为30．
（Ⅲ）设三棱锥P-ADQ的内切球半径为r，设该小球的球心为O，连接OA，OP，OQ，OD则三棱锥被分成了四个小三棱锥，且每个小三棱锥中有一个面上的高都为r
∴
∵，，S△PAQ=1，，S△ADQ=1，
∴．