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17立体几何初步★★★☆☆
四面体 ABCDABCD 及其三视图如图所示,过棱 ABAB 的中点 EE 作平行于 ADAD,BCBC 的平面分别交四面体的棱 BDBD,DCDC,CACA 于点 FF,GG,HH.
(1) 求四面体 ABCDABCD 的体积; (2) 证明:四边形 EFGHEFGH 是矩形.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由三视图可知,AD⊥BDAD\perp BD,AD⊥DCAD\perp DC,BD⊥DCBD\perp DC,且 AD=1AD=1,BD=DC=2BD=DC=2. 因为 BDBD、DCDC 是平面 BDCBDC 内相交的两条直线,所以直线 ADAD 垂直于平面 BDCBDC. 因而以三角形 BDCBDC 为底,ADAD 为高,四面体体积为
V=13⋅12BD⋅DC⋅AD=13⋅12⋅2⋅2⋅1=23V=\frac13\cdot\frac12BD\cdot DC\cdot AD =\frac13\cdot\frac12\cdot2\cdot2\cdot1=\frac23
\item 平面 EFGHEFGH 平行于 ADAD 和 BCBC. 在三角形 ABDABD 中,过 EE 的截线 EF∥ADEF\parallel AD,且 EE 为 ABAB 的中点,所以 FF 为 BDBD 的中点. 在三角形 ABCABC 中,截线 EH∥BCEH\parallel BC,所以 HH 为 ACAC 的中点.
平面 BDCBDC 与平面 EFGHEFGH 的交线为 FGFG,且 FG∥BCFG\parallel BC. 由三角形 BDCBDC 的中位线定理,GG 为 DCDC 的中点. 又在三角形 ADCADC 中,HH,GG 分别为 ACAC,DCDC 的中点,所以 HG∥ADHG\parallel AD. 因此 EF∥HGEF\parallel HG,EH∥FGEH\parallel FG,四边形 EFGHEFGH 为平行四边形.
由 AD⊥BCAD\perp BC,且 EF∥ADEF\parallel AD,FG∥BCFG\parallel BC,得 EF⊥FGEF\perp FG. 该平行四边形有一个直角,所以四边形 EFGHEFGH 是矩形. \end{enumerate} \end{solution}

2014 · 陕西 · 文 · 第 17 题 · 解答题

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