已知四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面是边长为1的正方形,侧棱垂直底边ABCD四棱柱,AA1=2,E是侧棱AA1的中点,求
(1)求异面直线BD与B1E所成角的大小;
(2)求四面体AB1D1C的体积.
解题思路:(1)连接B1D1、D1E,可得平行四边形BB1D1D中,B1D1∥BD,所以∠EB1D1或其补角就是异面直线BD与B1E所成角.再由已知条件算出△B1D1E是等边三角形同,从而可得异面直线BD与B1E所成角的大小为60°;
(2)算出正四棱柱ABCD-A1B1C1D1位于B、A1、C1、D四个角上的全等的三棱锥的体积,再用正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的体积减去这四个三棱锥体积,即可得到四面体AB1D1C的体积.
(1)连接B1D1、D1E,
∵正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,B1B∥D1D且B1B=D1D
∴四边形BB1D1D是平等四边形
因此B1D1∥BD,可得∠EB1D1或其补角就是异面直线BD与B1E所成角
∵AA1=2AB=2,∴B1D1=ED1=B1E=
2,得△B1D1E是等边三角形,∠EB1D1=60°
由此可得,异面直线BD与B1E所成角的大小为60°;
(2)根据题意,得V正四棱柱ABCD−A1B1C1D1=S正方形ABCD×AA1=2
∵V三棱锥B−ACB1=V三棱锥 A1−AB1D1=V三棱锥 C1−CB1D1=V三棱锥 D −AC D1=[1/3]×[1/2]×1×1×2=[1/3]
∴四面体AB1D1C的体积为
V=V正四棱柱ABCD−A1B1C1D1-(V三棱锥 B −AC B1+V三棱锥 A1−AB1D1
+V三棱锥 C1−CB1D1+V三棱锥 D −AC D1)=2-
点评:
本题考点: 异面直线及其所成的角;棱柱、棱锥、棱台的体积.
考点点评: 本题在正四棱柱中求异面直线所成角,并求四面体的体积,着重考查了正棱柱的性质、异面直线所成角和体积的求法等知识,属于基础题.
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