Question

一块边长为10的正方形纸片，按如图所示将阴影部分裁下，然后将余下的四个全等的等腰三角形作为侧面制作一个正四棱锥S-ABCD（底面是正方形，顶点在底面的射影是底面中心的四棱锥）．
（1）过此棱锥的高以及一底边中点F作棱锥的截面（如图），设截面三角形面积为y，求y的最大值及y取最大值时的x的值；
（2）空间一动点P满足（a+b+c=1），在第（1）问的条件下，求的最小值，并求取得最小值时a，b，c的值；
（3）在第（1）问的条件下，设F是CD的中点，问是否存在这样的动点Q，它在此棱锥的表面（包含底面ABCD）运动，且FQ⊥AC？如果存在，计算其运动轨迹的长度，如果不存在，说明理由．

Answer

（1）在直角三角形中根据两条边长利用勾股定理做出四棱锥的高，即可求得截面三角形面积的函数表达式；
（2）先证明P，A，B，C共面，即P∈平面ABC，从而的最小值即是S到平面ABC的距离SO；
（3）取BC的中点G，SC中点T，连接FG，GT，TF，证明AC⊥平面GFT即可得到结论，从而可求轨迹的长度．
【解析】
（1）由题意，y=EF•SO==（0＜x＜10）…．（2分）
∴y==≤=．
当且仅当x2=100-x2，即x=5时取得最大值．…..（4分）
（2）由（a+b+c=1），得，
∴=，
∴a=-b-c，
∴共面，
∴P，A，B，C共面，即P∈平面ABC．
∴的最小值即是S到平面ABC的距离SO，
在上问条件下，SO==…（7分）
此时=，即a=，b=0，c=…（9分）
（3）存在这样的点的轨迹，下面证明：

取BC的中点G，SC中点T，连接FG，GT，TF，FG∩AC=H，则GF∥BD，TH∥SO
∵SO⊥AC，BD⊥AC
∴AC⊥GF，AC⊥TH
∵GF∩TH=H
∴AC⊥平面GFT．
∴只要Q在平面GFT与棱锥的表面的交线上运动，均有FQ⊥AC．
此时，由中位线性质可知，△GFT的周长l=（SB+BD+SD）=，
在（1）的条件下，l=…..（14分）