- 空间几何体的表面积与体积
- 共4499题
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,底面△ABC为等腰直角三角形,∠B=90°,D为棱BB1上一点,且平面DA1C⊥平面AA1C1C.
(Ⅰ)求证:D点为棱BB1的中点;
(Ⅱ)判断四棱锥A1-B1C1CD和C-A1ABD的体积是否相等,并证明.
正确答案
解:(1)过点D作DE⊥A1C于E点,取AC的中点F,连BF,EF.
∵面DA1C⊥面AA1C1C且相交于A1C,面DA1C内的直线DE⊥A1C,
∴DE⊥面AA1C1C.(3分)
又∵面BAC⊥面AA1C1C且相交于AC,且△ABC为等腰三角形,易知BF⊥AC,
∴BF⊥面AA1C1C.由此知:DE∥BF,从而有D,E,F,B共面,又易知BB1∥面AA1C1C,
故有DB∥EF,从而有EF∥AA1,又点F是AC的中点,
所以,所以D点为棱BB1的中点.(6分)
(2)相等.ABC-A1B1C1为直三棱柱,
∴BB1⊥A1B1,BB1⊥BC,
又A1B1⊥B1C1,BC⊥AB,
∴A1B1⊥平面B1C1CD,BC⊥平面A1ABD(9分)
∴
∵D为BB1中点,
∴=
(12分)
解析
解:(1)过点D作DE⊥A1C于E点,取AC的中点F,连BF,EF.
∵面DA1C⊥面AA1C1C且相交于A1C,面DA1C内的直线DE⊥A1C,
∴DE⊥面AA1C1C.(3分)
又∵面BAC⊥面AA1C1C且相交于AC,且△ABC为等腰三角形,易知BF⊥AC,
∴BF⊥面AA1C1C.由此知:DE∥BF,从而有D,E,F,B共面,又易知BB1∥面AA1C1C,
故有DB∥EF,从而有EF∥AA1,又点F是AC的中点,
所以,所以D点为棱BB1的中点.(6分)
(2)相等.ABC-A1B1C1为直三棱柱,
∴BB1⊥A1B1,BB1⊥BC,
又A1B1⊥B1C1,BC⊥AB,
∴A1B1⊥平面B1C1CD,BC⊥平面A1ABD(9分)
∴
∵D为BB1中点,
∴=
(12分)
四边形ABCD与A′ABB′都是边长为a的正方形,点E是A′A的中点,AA′⊥平面ABCD.
(1)求证:A′C∥平面BDE;
(2)求证:平面A′AC⊥平面BDE;
(3)求三棱锥A-BDE的体积.
正确答案
(1)证明:设BD交AC于M,连结ME.
∵ABCD为正方形,所以M为AC中点,
又∵E为A′A的中点,
∴ME为△A′AC的中位线
∴ME∥A′C
又∵ME⊂平面BDE,A′C⊄平面BDE
∴A′C∥平面BDE.…..(4分)
(2)证明:∵ABCD为正方形,∴BD⊥AC
∵A′A⊥平面ABCE,BD⊥平面ABCD,
∴A′A⊥BD.
又AC∩A′A=A,
∵AC⊂面A′AC,AA′⊂面A′AC,∴BD⊥平面A′AC
∵BD⊂平面BDE
∴平面A′AC⊥平面BDE.….(8分)
(3)解:V=…(12分)
解析
(1)证明:设BD交AC于M,连结ME.
∵ABCD为正方形,所以M为AC中点,
又∵E为A′A的中点,
∴ME为△A′AC的中位线
∴ME∥A′C
又∵ME⊂平面BDE,A′C⊄平面BDE
∴A′C∥平面BDE.…..(4分)
(2)证明:∵ABCD为正方形,∴BD⊥AC
∵A′A⊥平面ABCE,BD⊥平面ABCD,
∴A′A⊥BD.
又AC∩A′A=A,
∵AC⊂面A′AC,AA′⊂面A′AC,∴BD⊥平面A′AC
∵BD⊂平面BDE
∴平面A′AC⊥平面BDE.….(8分)
(3)解:V=…(12分)
已知球的直径SC=4,A,B是该球球面上的两点,AB=2,∠ASC=∠BSC=45°,则棱锥S-ABC的体积为______.
正确答案
解析
解:如图,由题意△ASC,△BSC均为等腰直角三角形,求出SA=AC=SB=BC=2
,
∴∠SOA=∠SOB=90°,所以SC⊥平面ABO.
又AB=2,△ABO为正三角形,则S△ABO=×22=
,
进而可得:V S-ABC=V C-AOB+V S-AOB==
故答案为:
如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,A1D⊥平面ABCD,底面ABCD是边长为1的正方形,侧棱A1A=2,
(Ⅰ)证明:AC⊥A1B;
(Ⅱ)求几何体C1DABA1的体积.
正确答案
证明:(Ⅰ)连接BD交AC于点O
∵四边形ABCD是正方形∴AC⊥BD
又∵AD1⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD
∴AC⊥A1D,A1D∩BD=D∴AC⊥平面A1BD,A1B⊂平面A1BD
∴AC⊥A1B…(5分)
解:(Ⅱ)
∵AD1⊥平面ABCD∴AD1为几何体A1-ABD的高
∴…(7分)
∵四棱柱ABCD-A1B1C1D1∴CC1∥AA1,CC1=AA1
∴四边形A1C1CA是平行四边形
∴AC∥A1C1由(1)得AC⊥平面A1BD∴A1C1⊥平面A1BD
∴A1C1为几何体C1-A1BD的高
∵AD1⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD
∴BD⊥A1D
∴…(10分)
∴…(12分)
解析
证明:(Ⅰ)连接BD交AC于点O
∵四边形ABCD是正方形∴AC⊥BD
又∵AD1⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD
∴AC⊥A1D,A1D∩BD=D∴AC⊥平面A1BD,A1B⊂平面A1BD
∴AC⊥A1B…(5分)
解:(Ⅱ)
∵AD1⊥平面ABCD∴AD1为几何体A1-ABD的高
∴…(7分)
∵四棱柱ABCD-A1B1C1D1∴CC1∥AA1,CC1=AA1
∴四边形A1C1CA是平行四边形
∴AC∥A1C1由(1)得AC⊥平面A1BD∴A1C1⊥平面A1BD
∴A1C1为几何体C1-A1BD的高
∵AD1⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD
∴BD⊥A1D
∴…(10分)
∴…(12分)
《九章算术》中,将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为阳马,将四个面都为直角三角形的四面体称之为鳖臑.在如图所示的阳马P-ABCD中,侧棱PD⊥底面ABCD,且PD=CD,点E是PC的中点,连接DE、BD、BE.
(Ⅰ)证明:DE⊥平面PBC.试判断四面体EBCD是否为鳖臑.若是,写出其每个面的直角(只需写出结论);若不是,请说明理由;
(Ⅱ)记阳马P-ABCD的体积为V1,四面体EBCD的体积为V2,求的值.
正确答案
(Ⅰ)证明:因为PD⊥底面ABCD,所以PD⊥BC,
因为ABCD为正方形,所以BC⊥CD,
因为PD∩CD=D,
所以BC⊥平面PCD,
因为DE⊂平面PCD,
所以BC⊥DE,
因为PD=CD,点E是PC的中点,
所以DE⊥PC,
因为PC∩BC=C,
所以DE⊥平面PBC,
由BC⊥平面PCD,DE⊥平面PBC,可知四面体EBCD的四个面都是直角三角形,
即四面体EBCD是一个鳖臑,其四个面的直角分别是∠BCD,∠BCE,∠DEC,∠DEB;
(Ⅱ)由已知,PD是阳马P-ABCD的高,所以V1==
.
由(Ⅰ)知,DE是鳖臑D-BCE的高,BC⊥CE,
所以V2==
.
因为PD=CD,点E是PC的中点,
所以DE=CE=CD,
所以=
=
=4
解析
(Ⅰ)证明:因为PD⊥底面ABCD,所以PD⊥BC,
因为ABCD为正方形,所以BC⊥CD,
因为PD∩CD=D,
所以BC⊥平面PCD,
因为DE⊂平面PCD,
所以BC⊥DE,
因为PD=CD,点E是PC的中点,
所以DE⊥PC,
因为PC∩BC=C,
所以DE⊥平面PBC,
由BC⊥平面PCD,DE⊥平面PBC,可知四面体EBCD的四个面都是直角三角形,
即四面体EBCD是一个鳖臑,其四个面的直角分别是∠BCD,∠BCE,∠DEC,∠DEB;
(Ⅱ)由已知,PD是阳马P-ABCD的高,所以V1==
.
由(Ⅰ)知,DE是鳖臑D-BCE的高,BC⊥CE,
所以V2==
.
因为PD=CD,点E是PC的中点,
所以DE=CE=CD,
所以=
=
=4
如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥AC,顶点A1在底面ABC上的射影恰为点B,且AB=AC=A1B=2.
(1)求证:A1C1⊥平面AA1B1B;
(2)若P为线段B1C1的中点,求四棱锥P-AA1B1B的体积.
正确答案
(1)证明:∵三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥AC,
∴A1C1⊥A1B1,
∵顶点在A1底面ABC上的射影恰为点B,
∴A1B⊥AC,
∴A1B⊥A1C1,
∴A1C1⊥平面ABA1B1;
(2)解:∵=AB×A1B=2×2=4,
取A1B1的中点R,连接PR,则PR∥A1C1,PR=A1C1=1,
∵A1C1⊥平面AA1B1B,∴PR⊥平面AA1B1B,
∴点P到平面AA1B1B的距离d=1,∴=
×d=
.
解析
(1)证明:∵三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥AC,
∴A1C1⊥A1B1,
∵顶点在A1底面ABC上的射影恰为点B,
∴A1B⊥AC,
∴A1B⊥A1C1,
∴A1C1⊥平面ABA1B1;
(2)解:∵=AB×A1B=2×2=4,
取A1B1的中点R,连接PR,则PR∥A1C1,PR=A1C1=1,
∵A1C1⊥平面AA1B1B,∴PR⊥平面AA1B1B,
∴点P到平面AA1B1B的距离d=1,∴=
×d=
.
四面体ABCD中,AD与BC互相垂直,AD=2BC=4,且,则四面体ABCD的体积的最大值是( )
正确答案
解析
解:作BE⊥AD于E,连接CE,则AD⊥平面BEC,所以CE⊥AD,
由题设,,所以B与C都是在以AD为焦点的椭圆上,且BE、CE都垂直于焦距AD,
因为,所以△ABD≌△ACD,所以BE=CE.
取BC中点F,所以EF⊥BC,EF⊥AD,四面体ABCD的体积的最大值,只需EF最大即可,
当△ABD是等腰三角形时几何体的体积最大,BE=CE=,再求出EF=3,故可知答案为4,
故选A.
一个长为8cm,宽为6cm,高为10cm的密封的长方体盒子中放一个半径为1cm的小球,无论怎样摇动盒子,则小球在盒子中总不能到达的空间的体积为______cm3.
正确答案
解析
解:在长方体的8个顶点处的单位立方体空间内,
小球不能到达的空间为:8[1-]=8-
,
除此之外,在以长方体的棱为一条棱的12个的四棱柱空间内,
小球不能到达的空间共为4[1×1×6+1×1×4+1×1×8-]=72-18π.
其他空间小球均能到达.
故小球不能到达的空间体积为.
故答案为:.
如图,底面是等腰梯形的四棱锥E-ABCD中,EA⊥平面ABCD,AB∥CD,AB=2CD,∠ABC=
.
(Ⅰ)设F为EA的中点,证明:DF∥平面EBC;
(Ⅱ)若AE=AB=2,求三棱锥B-CDE的体积.
正确答案
(Ⅰ)证明:取EB的中点G,连接FG,CG,
∵F为EA的中点,
∴FG∥AB,FG=AB,
∵AB∥CD,AB=2CD,
∴FG∥CD,FG=CD,
∴四边形CDFG为平行四边形,
∴DF∥CG,
∵DF⊄平面EBC,CG⊂平面EBC,
∴DF∥平面EBC;
(Ⅱ)解:等腰梯形ABCD中,作CH⊥AB于H,则BH=,
在Rt△BHC中,∠ABC=60°,则CH=tan60°=
,
即点C到AB的距离d=,则点B到CD的距离为
,
∵EA⊥平面ACD,
∴三棱锥B-CDE的体积为VE-BDC==
.
解析
(Ⅰ)证明:取EB的中点G,连接FG,CG,
∵F为EA的中点,
∴FG∥AB,FG=AB,
∵AB∥CD,AB=2CD,
∴FG∥CD,FG=CD,
∴四边形CDFG为平行四边形,
∴DF∥CG,
∵DF⊄平面EBC,CG⊂平面EBC,
∴DF∥平面EBC;
(Ⅱ)解:等腰梯形ABCD中,作CH⊥AB于H,则BH=,
在Rt△BHC中,∠ABC=60°,则CH=tan60°=
,
即点C到AB的距离d=,则点B到CD的距离为
,
∵EA⊥平面ACD,
∴三棱锥B-CDE的体积为VE-BDC==
.
如果正方体ABCD-A′B′C′D′的棱长为a,那么四面体A′-ABD的体积是( )
正确答案
解析
解:如图四面体A′-ABD的体积是
V=
故选D.
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