- 空间几何体的表面积与体积
- 共4499题
已知四棱锥O-ABCD的顶点在球心O,底面正方形ABCD的四个顶点在球面上,且四棱锥O-ABCD的体积为,AB=
,则球O的体积为______.
正确答案
8π
解析
解:如图,正方形ABCD中,∵AB=
,
∴AM=AC=
×
=
,
设OA=R,∴OM=;
∴四棱锥O-ABCD的体积为:VO-ABCD=×
×
=
,
解得:R=,
∴球O的体积为V球O==
=8
π;
故答案为:8π.
在空间直角坐标系中,已知,则四面体ABCD的体积为( )
正确答案
解析
解:由题意,∵,
∴=(-2,0,0),
=(0,1,
),
=(0,-1,
),
∴•
=0,
•
=0
∴AB⊥平面OCD,
∴四面体ABCD的体积为×
×2×
×2=
.
故选:A.
如图所示,在五棱锥P-ABCDE中,PE⊥平面ABCDE,DE⊥AE,AB∥DE,BC∥AE.AE=AB=PE=2DE=2BC,F为棱PA的中点,过D、E、F的平面α与棱PB、PC分别交于点G、H.
(1)求证:DE∥FG;
(2)设DE=1,求三棱锥G-PEF的体积.
正确答案
(1)证明:∵AB∥DE,AB⊂平面PAB,DE⊄平面PAB,
∴DE∥平面PAB,
∵DE⊂α,α∩平面PAB=FG,
∴DE∥FG;
(2)解:由(1)知,F为棱PA的中点,G为棱PB的中点,
∴三棱锥G-PEF的体积=VB-PEF=
=
=
==
.
解析
(1)证明:∵AB∥DE,AB⊂平面PAB,DE⊄平面PAB,
∴DE∥平面PAB,
∵DE⊂α,α∩平面PAB=FG,
∴DE∥FG;
(2)解:由(1)知,F为棱PA的中点,G为棱PB的中点,
∴三棱锥G-PEF的体积=VB-PEF=
=
=
==
.
已知ABCD-A1B1C1D1是底面边长1正四棱柱,O1为A1C1与B1D1的交点.
(1)设AB1与底面A1B1C1D1所成的角为,求该棱柱的侧面积;
(2)(理)若点C到平面AB1D1的距离为,求四棱柱ABCD-A1B1C1D1的体积.
(3)(文)设高AA1=2,求四面体AB1D1C的体积.
正确答案
解:(1)由于ABCD-A1B1C1D1是底面边长1正四棱柱,则AB1与底面A1B1C1D1所成的角为∠AB1A1,
又由AB1与底面A1B1C1D1所成的角为,则
=
,故
则该棱柱的侧面积为.
(2)∵O1为B1D1的中点,而△AB1D1是以B1D1为底边的等腰三角形,
∴AO1⊥B1D1∴B1D1⊥平面ACC1A1∴平面AB1D1⊥平面ACC1A1且交线为AO1,
∴点C到平面AB1D1的投影点必落在A01上即垂足H,
在矩形AA1C1C中,利用Rt△AA1O1∽Rt△CHA 得到
而
∴⇔
,则AA1=2,
故正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的体积V=1×1×2=2.
(3)由于ABCD-A1B1C1D1是底面边长为1的正四棱柱,高AA1=2,
则三棱锥A-A1B1D1的体积为,
又由四面体AB1D1C的体积为正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的体积减去四个三棱锥A-A1B1D1的体积
则四面体AB1D1C的体积为,
故四面体AB1D1C的体积为.
解析
解:(1)由于ABCD-A1B1C1D1是底面边长1正四棱柱,则AB1与底面A1B1C1D1所成的角为∠AB1A1,
又由AB1与底面A1B1C1D1所成的角为,则
=
,故
则该棱柱的侧面积为.
(2)∵O1为B1D1的中点,而△AB1D1是以B1D1为底边的等腰三角形,
∴AO1⊥B1D1∴B1D1⊥平面ACC1A1∴平面AB1D1⊥平面ACC1A1且交线为AO1,
∴点C到平面AB1D1的投影点必落在A01上即垂足H,
在矩形AA1C1C中,利用Rt△AA1O1∽Rt△CHA 得到
而
∴⇔
,则AA1=2,
故正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的体积V=1×1×2=2.
(3)由于ABCD-A1B1C1D1是底面边长为1的正四棱柱,高AA1=2,
则三棱锥A-A1B1D1的体积为,
又由四面体AB1D1C的体积为正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的体积减去四个三棱锥A-A1B1D1的体积
则四面体AB1D1C的体积为,
故四面体AB1D1C的体积为.
已知四棱锥P-ABCD的底面是边长为4的正方形,PD⊥底面ABCD,PD=6,M,N分别为PB,AB的中点,设AC和BD相交于点O
(Ⅰ)证明:OM∥底面PAD;
(Ⅱ)若DF⊥PA且交PA于F点,证明DF⊥平面PAB;
(Ⅲ)求四面体D-MNB的体积
正确答案
解:(Ⅰ)由已知易知OM是△BDP的中位线,
∴OM∥PD.
∵OM⊄面PAD,PD⊂面PAD
∴OM∥面PAD
(另证:也可先证明平面OMN∥平面DPA)
(Ⅱ)PD⊥底面ABCD,
∴AB⊥PD,又AB⊥AD,、AD∩PD=D,∴AB⊥平面PAD,又AB⊂平面PAB,
∴平面PAD⊥平面PAB,
又平面PAD∩平面PAB=PA,DF⊥PA,DF⊂平面PAD,
∴DF⊥平面PAB
(Ⅲ)由(Ⅱ)知DF⊥平面PAB,
∴四面体D-MNB的高为DF,
在Rt△PDA中,DF=,
由AB⊥平面PAD,得AB⊥PA,又MN∥PA,
∴MN⊥NB,,
=
,
=
.
解析
解:(Ⅰ)由已知易知OM是△BDP的中位线,
∴OM∥PD.
∵OM⊄面PAD,PD⊂面PAD
∴OM∥面PAD
(另证:也可先证明平面OMN∥平面DPA)
(Ⅱ)PD⊥底面ABCD,
∴AB⊥PD,又AB⊥AD,、AD∩PD=D,∴AB⊥平面PAD,又AB⊂平面PAB,
∴平面PAD⊥平面PAB,
又平面PAD∩平面PAB=PA,DF⊥PA,DF⊂平面PAD,
∴DF⊥平面PAB
(Ⅲ)由(Ⅱ)知DF⊥平面PAB,
∴四面体D-MNB的高为DF,
在Rt△PDA中,DF=,
由AB⊥平面PAD,得AB⊥PA,又MN∥PA,
∴MN⊥NB,,
=
,
=
.
如图1所示,直角梯形ABCD,AD∥BC,AD⊥AB,AB=BC=2AD=4,E、F为线段AB、CD上的点,且EF∥BC,设AE=x,沿EF将梯形ABCD翻折,使平面AEFD⊥平面EBCF(如图2所示).
(Ⅰ)若以B、C、D、F为顶点的三棱锥体积记为f(x),求f(x)的最大值及取最大值时E的位置;
(Ⅱ)在(1)的条件下,试在线段EF上的确定一点G使得CG⊥BD,并求直线GD与平面BCD所成的角θ的正弦值.
正确答案
解:(Ⅰ)由题意知,平面AEFD⊥平面EBCF,AE⊥EF,
所以AE⊥面BCF,…(2分)
以B、C、D、F为顶点的三棱锥底面为△BCF,高为AE,
所以,…(4分)
当x=2时,,此时对应的点E为AB的中点.…(6分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)中知EA、EF、EB两两互相垂直,以E为原点,以EB为x轴、EF为y轴、EA为z轴建立空间直角坐标系,则
E(0,0,0),B(2,0,0),C(2,4,0),D(0,2,2),设G(0,yo,0)
由CG⊥BD得,解得yo=2.…(8分)
所以,设平面BCD的法向量为
,
由,
可取=(1,0,1),
所以sinθ=|cos<,
>=
即为所求.…(12分)
解析
解:(Ⅰ)由题意知,平面AEFD⊥平面EBCF,AE⊥EF,
所以AE⊥面BCF,…(2分)
以B、C、D、F为顶点的三棱锥底面为△BCF,高为AE,
所以,…(4分)
当x=2时,,此时对应的点E为AB的中点.…(6分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)中知EA、EF、EB两两互相垂直,以E为原点,以EB为x轴、EF为y轴、EA为z轴建立空间直角坐标系,则
E(0,0,0),B(2,0,0),C(2,4,0),D(0,2,2),设G(0,yo,0)
由CG⊥BD得,解得yo=2.…(8分)
所以,设平面BCD的法向量为
,
由,
可取=(1,0,1),
所以sinθ=|cos<,
>=
即为所求.…(12分)
在如图所示的几何体中,四边形CDEF为正方形,四边形ABCD为等腰梯形,AB∥CD,AC=
,AB=2BC=2,AC⊥FB.
(1)求三棱锥A-BCF的体积.
(2)线段AC上是否存在点M,使得EA∥平面FDM?证明你的结论.
正确答案
解:(1)在△ABC中,
因为AC=,AB=2,BC=1,
所以AC⊥BC,∠ABC=60,∠ADC=120°.
在△ADC中,由余弦定理可得DC=1,
又因为AC⊥FB,BC∩FB=B,
所以AC⊥平面FBC.
因为FC⊂平面FBC,
所以AC⊥FC,
因为CDEF为正方形,
所以DC⊥FC,FC=1,
因为AC∩DC=C,
所以FC⊥平面ABCD,即FC⊥BC,
所以VA-FBC==
=
;
(2)M为线段AC的中点,EA∥平面FDM.
连结CE,与DF交于点N,连接MN.
因为CDEF为正方形,所以N为CE中点.
在△ACE中,EA∥MN.
因为MN⊂平面FDM,EA⊄平面FDM,
所以 EA∥平面FDM.
解析
解:(1)在△ABC中,
因为AC=,AB=2,BC=1,
所以AC⊥BC,∠ABC=60,∠ADC=120°.
在△ADC中,由余弦定理可得DC=1,
又因为AC⊥FB,BC∩FB=B,
所以AC⊥平面FBC.
因为FC⊂平面FBC,
所以AC⊥FC,
因为CDEF为正方形,
所以DC⊥FC,FC=1,
因为AC∩DC=C,
所以FC⊥平面ABCD,即FC⊥BC,
所以VA-FBC==
=
;
(2)M为线段AC的中点,EA∥平面FDM.
连结CE,与DF交于点N,连接MN.
因为CDEF为正方形,所以N为CE中点.
在△ACE中,EA∥MN.
因为MN⊂平面FDM,EA⊄平面FDM,
所以 EA∥平面FDM.
已知球O的直径PQ=4,A、B、C是球O球面上的三点,△ABC是等腰直角三角,且∠ACB=90°,∠APQ=∠BPQ=∠CPQ=30°,则三棱锥P-ABC的体积为( )
正确答案
解析
解:∵△ABC是等腰直角三角形,∠APQ=∠BPQ=∠CPQ=30°
∴P在面ABC的投影O是△ABC的外心,且为球心,
∵PQ是直径,
∴∠PCQ=90°.
∴PC=4cos30°=2,
∴PO=2•cos30°=3.
OC=2sin30°=
∴AB=2,AC=BC=
.
三棱锥P-ABC体积=PO•S△ABC=
×
×
×
×3=3.
故选:B.
三棱锥的四个面中,设Rt△的个数为n,若当n取最大值时,该三棱锥的最大棱长为(n+1)2-2n,则该三棱锥外接球的表面积为______.
正确答案
81π
解析
解:如图,
三棱锥P-ABC的四个面中,Rt△的个数n的最大值为4,
此时PA⊥面ABC,∠ABC=90°,则∠PBC=90°,
三棱锥的最大边为PC,
由题意可得PC=52-24=9,其外接球的半径为,
∴外接球的表面积为S=4π•.
故答案为:81π.
如图,正三棱柱ABC一A1B1C1的棱长均为2a,E为CC1的中点.
(Ⅰ)求证:AB1⊥BE;
(Ⅱ)求三棱锥B一AB1E的体积.
正确答案
证明:(I)取BC中点M,连AM,B1M,则AM⊥BC,
∵BB1⊥平面ABC,
∴BB1⊥AM,BC∩BB1=B
∴AM⊥平面BB1C1C
由条件△BCE≌△B1BM,
∴∠BB1M=∠CBE,而∠CBE+∠EBB1=90°
∴∠BB1M+∠EBB1=90°,则B1M⊥BE
∵B1M为B1A在平面BB1C1C上的射影,
∴AB1⊥BE.
(II)=
=
=
=.
解析
证明:(I)取BC中点M,连AM,B1M,则AM⊥BC,
∵BB1⊥平面ABC,
∴BB1⊥AM,BC∩BB1=B
∴AM⊥平面BB1C1C
由条件△BCE≌△B1BM,
∴∠BB1M=∠CBE,而∠CBE+∠EBB1=90°
∴∠BB1M+∠EBB1=90°,则B1M⊥BE
∵B1M为B1A在平面BB1C1C上的射影,
∴AB1⊥BE.
(II)=
=
=
=.
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