第 20 题 解答题
如图,在三棱锥A−BCD中,平面ABD⊥平面BCD,AB=AD,O为BD的中点. (1)证明:OA⊥CD; (2)若ΔOCD是边长为1的等边三角形,点E在棱AD上,DE=2EA,且二面角E−BC−D的大小为45°,求三棱锥A−BCD的体积.
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答案

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解析

(1)平面ABD⊥平面BCD,平面ABD∩平面BCD=BD,∵AB=AD,O为BD中点,∴AO⊥BD,AO⊂平面ABD,∴AO⊥平面BCD,CD⊂平面BCD,∴AO⊥CD. (2)方法一:取OD中点F,∵ΔOCD为正三角形,∴CF⊥OD,过O作OM//CF与BC交于M点,则OM⊥OD,∴OM,OD,OA两两垂直,以O为坐标原点,分别以OM,OD,OA为x,y,z轴建立空间直角坐标系,B(0,−1,0),C((3)/(2),(1)/(2),0),D(0,1,0),设A(0,0,t),则E(0,(1)/(3),(2)/(3)t),OA⊥平面BCD,∴平面BCE的法向量为n^r=(x,y,z),_(∫)_(n·BE=0)n·BC=0,∴^__∫_(42)/(3)(3)/(42y)_(+=0)x+(2)/(3)(3)/(2tz)y=0,不妨设x=3,则y=−1,z=(2)/(t),则n^r=(3,−1,(2)/(t)),二面角E−BC−D的大小为45°,∴(2)/(2)=(nr·OA)/(nrOA)=(2)/(t4+t42)(2)/(4+t42)(4)/(t2),∴t=1, SΔOCD=(1)/(2)×1×1×(3)/(2)=(3)/(4),∴SΔBCD=(3)/(2),∴VA−BCD=(1)/(3)SΔBCD·OA=(1)/(3)×(3)/(2)×1=(3)/(6). 方法二:过E作EH⊥BD交BD于点H,再过H作HI⊥BC交BC于点I,显然这样会有EH⊥平面BCD,而这个正三角形OCD加上BO=DO,可知BC⊥CD,意味着HI//CD,同时很自然的也会有EH⊥HI,而二面角E−BC−D很显然就是ÐEIH,这个是45°,说明EH=HI, 综合上面的条件,会得到(OH)/(DH)_(==)(AE)/(ED)(1)/(2),然后(BH)/(DH)_(=2),再然后(2)/(3)_(==)(BH)/(BD)(HI)/(CD),故HI=EH=(2)/(3),同时(EH)/(AO)_(==)(ED)/(AD)(2)/(3),得到AO=1,那么就有VA−BCD=(1)/(3)AO·SΔBCD=(1)/(3)×1×(1)/(2)×1×3=(3)/(6).

本题来自2021年普通高等学校招生全国统一考试(新高考I卷) 数 学(数学,共 22 题 150 分)解答题部分。 返回整卷目录可按题型浏览全部题目;也可以在良师宝 App 中刷题。