在长方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是AD,DD1的中点,AB=BC=2,过A1,C1,B三点的平面截去长方

在长方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是AD,DD1的中点,AB=BC=2,过A1,C1,B三点的平面截去长方体的一个角后.得到如图所示的几何体ABCD-A1B1C1D1,且这个几何体的体积为[40/3].
(1)求证:EF∥平面A1B1C1
(2)求A1A的长;
(3)在线段BC1上是否存在点P,使直线A1P与C1D垂直,如果存在,求线段A1P的长,如果不存在,请说明理由.
三眼皮男生 1年前 已收到1个回答 举报

robinbow 春芽

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解题思路:(1)法一:连接D1C,已知ABCD-A1B1C1D1是长方体,可证四边形A1BCD1是平行四边形,再利用直线与平面平行的判定定理进行证明,即可解决问题;
法二:根据长方体的几何特征由平面A1AB∥平面CDD1C1.证得A1B∥平面CDD1C1
(2)设A1A=h,已知几何体ABCD-A1C1D1的体积为[40/3],利用等体积法VABCD-A1C1D1=VABCD-A1B1C1D1-VB-A1B1C1,进行求解.
(3)在平面CC1D1D中作D1Q⊥C1D交CC1于Q,过Q作QP∥CB交BC1于点P,推出A1P⊥C1D,证明A1P⊥C1D,推出△D1C1Q∽Rt△C1CD,再求求线段A1P的长.

证明:(1)证法一:如图,连接D1C,
∵ABCD-A1B1C1D1是长方体,
∴A1D1∥BC且A1D1=BC.
∴四边形A1BCD1是平行四边形.
∴A1B∥D1C.
∵A1B⊄平面CDD1C1,D1C⊂平面CDD1C1
∴A1B∥平面CDD1C1
证法二:∵ABCD-A1B1C1D1是长方体,
∴平面A1AB∥平面CDD1C1
∵A1B⊂平面A1AB,A1B⊄平面CDD1C1
∴A1B∥平面CDD1C1
(2)设A1A=h,∵几何体ABCD-A1C1D1的体积为[40/3],
∴VABCD-A1C1D1=VABCD-A1B1C1D1-VB-A1B1C1=[40/3],
即SABCD×h-[1/3]×S△A1B1C1×h=[40/3],
即2×2×h-[1/3]×[1/2]×2×2×h=[40/3],解得h=4.
∴A1A的长为4.
(3)在平面CC1D1D中作D1Q⊥C1D交CC1于Q,
过Q作QP∥CB交BC1于点P,则A1P⊥C1D.(7分)
因为A1D1⊥平面CC1D1D,C1D⊂平面CC1D1D,
∴C1D⊥A1D1,而QP∥CB,CB∥A1D1
∴QP∥A1D1
又∵A1D1∩D1Q=D1
∴C1D⊥平面A1PQC1
且A1P⊂平面A1PQC1
∴A1P⊥C1D.(10分)
∵△D1C1Q∽Rt△C1CD,

C1Q
CD=
D1C1
C1C,
∴C1Q=1
又∵PQ∥BC,
∴PQ=[1/4]BC=[1/2].
∵四边形A1PQD1为直角梯形,且高D1Q=
5,
∴A1P=
(2−
1
2)2+5=

点评:
本题考点: 直线与平面平行的判定;棱柱的结构特征.

考点点评: 本题考查的知识点是线面平行,组合几何体的面积、体积问题,直线与平面垂直的判定,考查空间想象能力,逻辑思维能力,是中档题.

1年前

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