解:(1)∵圓錐的母線長為4,母線與高成45°角,
高和底面半徑與母線構(gòu)成一個等腰直角三角形,
即高和底面半徑長度一樣,
則由勾股定理可知底面半徑為2
,
則由圓周公式2πR可算出底面周長4
π; (2分)
(2)①設(shè)l∩α=C,點(diǎn)A在平面α上的射影為點(diǎn)O.如圖建立空間直角坐標(biāo)系,
設(shè)|AC|=a,有A(0,0,asin60°),C(0,-acos60°).
設(shè)B(x,y,0),則
=(0,-acos60°,-asin60°).
=(x,y,-asin60°).
∴
.
又∵
|•cos45°=a•
.
∴-acos60°•y+a
2sin60°=a
. (11分)
平方整理得cos
245°•x
2+(cos
245°-cos
260°)y
2+a
2ysin60°sin120°+a
2sin
260°(cos
245°-sin
260°)=0.
即
,
∴點(diǎn)B的軌跡橢圓; (4分)
②設(shè)l∩α=C,點(diǎn)A在平面α上的射影為點(diǎn)O.如圖建立空間直角坐標(biāo)系,
設(shè)|AC|=a,有A(0,0,asinφ),C(0,-acosφ),(0<φ<
).設(shè)B(x,y,0),則(6分)
=(0,-acosφ,-asinφ).
=(x,y,-asinφ).
∴
φ.
又∵
|•cosθ=a•
•cosθ.
∴-acosφ•y+a
2sinφ=a
. (11分)
平方整理得cos
2θ•x
2+(cos
2θ-cos
2φ)y
2+a
2ysinφsin2φ+a
2sin
2φ(cos
2θ-sin
2φ)=0.
i.當(dāng)cos
2θ-cos
2φ=0,即θ=φ時,上式為拋物線方程;
ii.當(dāng)cos
2θ-cos
2φ>0,即θ<φ時,上式為橢圓方程;
iii.當(dāng)cos
2θ-cos
2φ<0,即θ>φ時,上式為雙曲線方程.(14分)
故當(dāng)φ=
時,點(diǎn)B的軌跡為圓;
當(dāng)θ<φ<
時,點(diǎn)B的軌跡為橢圓;
當(dāng)θ=φ<
時,點(diǎn)B的軌跡為拋物線;
當(dāng)θ>φ時,點(diǎn)B的軌跡為雙曲線. (16分)
分析:(1)由圓錐的母線長為4,母線與高成45°角,知高和底面半徑與母線構(gòu)成一個等腰直角三角形,由勾股定理可知底面半徑為2
,由圓周公式2πR可算出底面周長.
(2)①設(shè)l∩α=C,點(diǎn)A在平面α上的射影為點(diǎn)O.建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè)|AC|=a,有A(0,0,asin60°),C(0,-acos60°).設(shè)B(x,y,0),則
=(0,-acos60°,-asin60°).
=(x,y,-asin60°).所以
.又由
|•cos45°,知-acos60°•y+a
2sin60°=a,平方整理得
,由此知點(diǎn)B的軌跡.
②設(shè)l∩α=C,點(diǎn)A在平面α上的射影為點(diǎn)O.如圖建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè)|AC|=a,有A(0,0,asinφ),C(0,-acosφ),(0<φ<
).設(shè)B(x,y,0),則(6分)
=(0,-acosφ,-asinφ).
=(x,y,-asinφ).所以
φ.由
|•cosθ=a•
•cosθ.知cos
2θ•x
2+(cos
2θ-cos
2φ)y
2+a
2ysinφsin2φ+a
2sin
2φ(cos
2θ-sin
2φ)=0.故當(dāng)φ=
時,點(diǎn)B的軌跡為圓;當(dāng)θ<φ<
時,點(diǎn)B的軌跡為橢圓;當(dāng)θ=φ<
時,點(diǎn)B的軌跡為拋物線;當(dāng)θ>φ時,點(diǎn)B的軌跡為雙曲線.
點(diǎn)評:第(1)題考查圓錐的性質(zhì)和應(yīng)用,是基礎(chǔ)題,解題時要認(rèn)真審題,仔細(xì)解答.
第(2)題考查圓錐曲線的軌跡的求法和判斷,對數(shù)學(xué)思維的要求比較高,要求學(xué)生理解“存在”、“恒成立”,以及運(yùn)用一般與特殊的關(guān)系進(jìn)行否定,本題有一定的探索性.綜合性強(qiáng),難度大,易出錯.