如图,长方体 $ABCD-A'B'C'D'$ 的底面是边长为 $1$ 的正方形,点 $M$ 是 $BB'$ 的中点.假设面 $AMC$ 垂直于面 $A'MC'$,则长方体 $ABCD-A'B'C'D'$ 的高为 ,表面积为 .

【难度】
【出处】
2014年第二十五届“希望杯”全国数学邀请赛高二(一试)
【标注】
【答案】
$\sqrt2$,$2+4\sqrt2$
【解析】
以 $D'$ 为原点,$D'C',D'A',D'D$ 为 $x,y,z$ 轴,建立空间直角坐标系,设 $CC'=z$,则$$C'(1,0,0),A'(0,1,0),M\left(1,1,\dfrac{z}{z}\right),C(1,0,z),A(0,1,z),$$则在面 $ACM$ 中,$$\overrightarrow{AC}=(1,-1,0),\overrightarrow{AM}=\left(1,0,-\dfrac{z}{2}\right),$$可解得其法向量为 $\overrightarrow{m}=\left(\dfrac{z}{2},\dfrac{z}{2},1\right)$,在面 $A'C'M$ 中,$$\overrightarrow{A'C'}=(1,-1,0),\overrightarrow{A'M}=\left(1,0,\dfrac{z}{2}\right),$$可解得其法向量为 $\overrightarrow{n}=\left(-\dfrac{z}{2},-\dfrac{z}{2},1\right)$,结合两面垂直,得$$\overrightarrow{m}\cdot\overrightarrow{n}=-\dfrac{z^2}{2}+1=0,$$因此 $z=\sqrt2$,故长方体的高为 $\sqrt2$,可计算得表面积为 $2+4\sqrt2$.
题目
答案
解析
备注