在正方体ABCD-A1B1C1D1中

1个回答

  • 1、与AC平行且仅过3个顶点的截面分别是面ACD´和A´B´C,因为这两个平面本身就相互平行(既可以通过他们都拥有相交的2条互相平行的直线证明,也可以用他们都垂直于相同的线段B´D来证明),而且AC就处于平面ACD´上,所以肯定这两个平面都平行于AC

    2、由于线段B´D在面ABCD、CC´D´D、ADD´A´上的投影都分别与线段AC、CD´、AD´垂直,所以可以证明线段B´D垂直于面ABCD,所以接下来只要求出B´D被面ACD´所截在四棱锥DACD´中的长度,就可以用四棱锥体积公式求得它的体积.

    求这段线段(四棱锥的高)的长度就比较麻烦了:

    设B´D与面ACD´的交点为O,B´D在面ABCD上的投影为BD而它与AC的交点为E

    因为三角形ACD´为正三角形(3边相等,很容易证),所以既然之前已经知道B´D与其所在的面垂直,所以可证O为三角形ACD´的4心合一(中心、重心、平分线心、中垂线心)

    因为AB=a,可得AC=a×根号2,EC=1/2×a×根号2,

    连接D´E后可知其必然会穿过点O(4心合一),连接CO,D´C=AC=a×根号2

    由于EC和D´C均为已知,根据勾股定理可求得D´E=1/2×a×根号6

    由于O点为三角形ACD´的4心合一,所以CO为角ACD´的平分线

    由于角ACD´=60°,所以角OCE=30°

    所以OE=1/2×CO,而CO=D´O,且D´O+EO=D´E,可以求得:OE=1/3×D´E=1/6×a×根号6

    因为DO垂直于面ACD´,所以DO垂直于OE,既三角形DOE为直角三角形,

    根据勾股定理求出DO=1/3×a×根号3,到这里我们终于求出了四棱锥的高.

    四棱锥的底(三角形ACD´)面积:D´E×AC×1/2=16×a²×根号3

    四棱锥体积(DACD´):S×h×1/3=a的立方×1/6