(2009•广州二模)在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=BC=2,过A1、C1、B三点的平面截去长方体的一个角
来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:综合作业 时间:2024/06/08 19:58:30
(2009•广州二模)在长方体ABCD-A1B1C1D1中,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-A1C1D1,且这个几何体的体积为
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3 |
(1)证明: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.
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
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3,
∴VABCD-A1C1D1=VABCD-A1B1C1D1-VB-A1B1C1=
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3,
即SABCD×h-
1
3×S△A1B1C1×h=
40
3,
即2×2×h-
1
3×
1
2×2×2×h=
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3,解得h=4.
∴A1A的长为4.
(3)如图,连接D1B,设D1B的中点为O,连OA1,OC1,OD.
∵ABCD-A1B1C1D1是长方体,∴A1D1⊥平面A1AB.
∵A1B⊂平面A1AB,∴A1D1⊥A1B.
∴OA1=
1
2D1B.同理OD=OC1=
1
2D1B.
∴OA1=OD=OC1=OB.
∴经过A1,C1,B,D四点的球的球心为点O.
∵D1B2=A1D12+A1A2+AB2=22+42+22=24.
∴S球=4π×(OD1)2=4π×(
D1B
2)2=π×D1B2=24π.
故经过A1,C1,B,D四点的球的表面积为24π.
∵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.
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
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3,
∴VABCD-A1C1D1=VABCD-A1B1C1D1-VB-A1B1C1=
40
3,
即SABCD×h-
1
3×S△A1B1C1×h=
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3,
即2×2×h-
1
3×
1
2×2×2×h=
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3,解得h=4.
∴A1A的长为4.
(3)如图,连接D1B,设D1B的中点为O,连OA1,OC1,OD.
∵ABCD-A1B1C1D1是长方体,∴A1D1⊥平面A1AB.
∵A1B⊂平面A1AB,∴A1D1⊥A1B.
∴OA1=
1
2D1B.同理OD=OC1=
1
2D1B.
∴OA1=OD=OC1=OB.
∴经过A1,C1,B,D四点的球的球心为点O.
∵D1B2=A1D12+A1A2+AB2=22+42+22=24.
∴S球=4π×(OD1)2=4π×(
D1B
2)2=π×D1B2=24π.
故经过A1,C1,B,D四点的球的表面积为24π.
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