稿件来源:高途
| 11.1.6 祖暅原理与几何体的体积题目答案及解析如下,仅供参考!
必修四
第十一章 立体几何初步
11.1 空间几何体
11.1.6 祖暅原理与几何体的体积
($24-25$高二上$·$上海宝山$·$期中)如图,在直三棱柱$ABC-{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}$中,$AB=BC=\sqrt{2}$,$AC=AA_{1}=2$,且$D$、$E$分别是$AC$、${{A}_{1}}{{C}_{1}}$的中点$.$
$(1)$求直三棱柱$ABC-{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}$的全面积;
$(2)$求三棱锥$D-ABE$的体积:
$(3)$求直线$BD$与平面$ABE$所成角的大小$.$(结果用反三角函数值表示)
$(1)$$4\\sqrt{2}+6$;
$(2)$$\\dfrac{1}{3}$;
$(3)$$\\arcsin \\dfrac{2}{3}$$.$
"]]$(1)$在直三棱柱$ABC-{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}$中,$AB=BC=\sqrt{2}$,$AC=AA_{1}=2$,
由$A{{B}^{2}}+B{{C}^{2}}=4=A{{C}^{2}}$,得$\angle ABC={{90}^{^\circ }}$,
该棱柱的两底面积为$2{{S}_{\triangle ABC}}=2\times \dfrac{1}{2}A{{B}^{2}}=2$,侧面积为$(AB+BC+AC)A{{A}_{1}}=4\sqrt{2}+4$,
$\therefore $ 直三棱柱$ABC-{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}$的全面积为$4\sqrt{2}+6$$.$
$(2)$在直三棱柱$ABC-{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}$中,由$D,E$分别是$AC,{{A}_{1}}{{C}_{1}}$的中点,得$ED//{{A}_{1}}A$,
而${{A}_{1}}A\perp $平面$ABC$,则$ED\perp $平面$ABC$,由$(1)$知,${{S}_{\triangle ABD}}=\dfrac{1}{2}{{S}_{\triangle ABC}}=\dfrac{1}{2}$,
又$DE=A{{A}_{1}}=2$,则${{V}_{E-ABD}}=\dfrac{1}{3}{{S}_{\triangle ABD}}\cdot DE=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{1}{2}\times 2=\dfrac{1}{3}$,而${{V}_{D-ABE}}={{V}_{E-ABD}}$,
$\therefore $ 三棱锥$D-ABE$的体积为$\dfrac{1}{3}$$.$
$(3)$由$(2)$知${{V}_{D-ABE}}=\dfrac{1}{3}$,设点$D$到面$ABE$的距离为$d$,
$\triangle ABE$中,$AB=\sqrt{2}$,$AE=BE=\sqrt{{{2}^{2}}+{{1}^{2}}}=\sqrt{5}$,${{S}_{\triangle ABE}}=\dfrac{1}{2}\times \sqrt{2}\times \sqrt{5-{{\left(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right)}^{2}}}=\dfrac{3}{2}$,
由${{V}_{D-ABE}}=\dfrac{1}{3}{{S}_{\triangle ABE}}\cdot d=\dfrac{1}{3}$,得$d=\dfrac{2}{3}$,设直线$BD$与平面$ABE$所成角为$\alpha $,则$\sin\alpha =\dfrac{d}{BD}=\dfrac{2}{3}$,
$\therefore $ 直线$BD$与平面$ABE$所成角的大小为$\arcsin \dfrac{2}{3}$$.$
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