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2022 年吉林预赛
F2填空题立体几何综合
在棱长均为 2 的直四棱柱 ABCD−A1B1C1D1 中,∠BAD=60∘。已知 M,N 分别为棱 CC1,AB 的中点,那么四面体 A1−D1MN 的体积为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
直四棱柱且各棱等长,可建立以底面为水平面的坐标系,再用三个棱向量的混合积求四面体体积。
解答
取
A=(0,0,0),B=(2,0,0),D=(1,3,0),C=(3,3,0),
并令侧棱沿 z 轴正向、长度为 2。则
A1=(0,0,2),D1=(1,3,2),M=(3,3,1),N=(1,0,0).
所以
VA1−D1MN=61det1313300−1−2=23.
复核
行列式的绝对值为 33,除以 6 得 3/2;坐标同时满足底面边长均为 2、夹角为 60∘、侧棱长为 2。
方法总结
空间多面体体积在无图条件下最稳妥的是坐标化;四面体体积等于三个出发向量混合积绝对值的六分之一。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
由底面与高建立空间坐标,确定中点后计算四面体体积,重点是坐标与体积系数。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:行列式与面积、体积比
专题卡:等底等高、仿射坐标与体积比