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2009 年黑龙江预赛 · 第 15 题
F3填空题立体几何综合
在长方体 ABCD−A1B1C1D1 中,AB=2,AA1=AD=1。点 E,F,G 分别是棱 AA1,C1D1,BC 的中点,那么四面体 B1−EFG 的体积是。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:83
解析
提示
长方体三条相邻棱互相垂直,正好能作三条坐标轴,中点坐标也随即得到。
思路
斜放的三角形不便直接找高,就先算它的边长求底面积,再找同时垂直两条边的向量;顶点到该平面的距离便能用投影求出。
解答
以 A 为原点,AB,AD,AA1 所在直线为三条坐标轴,取单位长度,则
E=(0,0,21),F=(1,1,1),G=(2,21,0),B1=(2,0,1).
由距离公式,EF=FG=3/2,EG=3/2。等腰三角形 EFG 以 EG 为底的高为
49−4EG2=223,
所以 SEFG=9/8。
向量 n=(−1,2,−2) 同时垂直于
EF=(1,1,1/2) 与 EG=(2,1/2,−1/2),且这两向量不平行,故 n 是平面 EFG 的法向量。
因为 ∣n∣=3,EB1=(2,0,1/2),点 B1 到平面 EFG 的距离为
h=∣n∣∣n⋅EB1∣=3∣−3∣=1.
因此 VB1−EFG=31⋅89⋅1=83。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
F3:仍需自行选择斜底面EFG并找到求其高的空间法向量路线;之后为成熟计算。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:建直角坐标系解几何题、用法向量处理方向、夹角与点面距离
专题卡:建系、分点与正交点积