已知平行六面体ABCD−A′B′C′D′ABCD-A{'}B{'}C{'}D{'}中,AB=4AB=4,AD=3AD=3,AA′=5AA{'}=5,∠BAD=90∘∠BAD=90^{\circ},∠BAA′=∠DAA′=60∘.∠BAA{'}=∠DAA{'}=60^{\circ}.则AC′AC{'}的长为()(\quad)
A. 2302\sqrt[]{30}
B. 97\sqrt[]{97}
C. 1212
D. 85\sqrt{85}

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完整解法

1. 将空间几何体的对角线用基底向量表示

在平行六面体 ABCD−A′B′C′D′ABCD-A'B'C'D' 中,由空间向量的加法法则(平行六面体法则)可得:
AC′→=AB→+AD→+AA′→\overrightarrow{AC'} = \overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{AA'}

2. 计算基底向量的平方及两两数量积

已知 AB=4AB=4,AD=3AD=3,AA′=5AA'=5,且 ∠BAD=90∘\angle BAD=90^{\circ},∠BAA′=∠DAA′=60∘\angle BAA'=\angle DAA'=60^{\circ}。
我们可以计算出:

  • AB→2=42=16\overrightarrow{AB}^2 = 4^2 = 16
  • AD→2=32=9\overrightarrow{AD}^2 = 3^2 = 9
  • AA′→2=52=25\overrightarrow{AA'}^2 = 5^2 = 25

以及它们两两之间的数量积:

  • AB→⋅AD→=4×3×cos⁡90∘=0\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AD} = 4 \times 3 \times \cos 90^{\circ} = 0
  • AB→⋅AA′→=4×5×cos⁡60∘=10\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AA'} = 4 \times 5 \times \cos 60^{\circ} = 10
  • AD→⋅AA′→=3×5×cos⁡60∘=152\overrightarrow{AD} \cdot \overrightarrow{AA'} = 3 \times 5 \times \cos 60^{\circ} = \frac{15}{2}

3. 求出对角线向量的模长并确定选项

利用向量模平方公式展开可得:
∣AC′→∣2=(AB→+AD→+AA′→)2|\overrightarrow{AC'}|^2 = (\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{AA'})^2
=AB→2+AD→2+AA′→2+2AB→⋅AD→+2AB→⋅AA′→+2AD→⋅AA′→= \overrightarrow{AB}^2 + \overrightarrow{AD}^2 + \overrightarrow{AA'}^2 + 2\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AD} + 2\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AA'} + 2\overrightarrow{AD} \cdot \overrightarrow{AA'}
代入各计算值:
∣AC′→∣2=16+9+25+2(0)+2(10)+2(152)|\overrightarrow{AC'}|^2 = 16 + 9 + 25 + 2(0) + 2(10) + 2\left(\frac{15}{2}\right)
=50+0+20+15=85= 50 + 0 + 20 + 15 = 85
因此,AC′=∣AC′→∣=85AC' = |\overrightarrow{AC'}| = \sqrt{85}。
故选 D。

答案

D

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