如图,已知棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面是菱形,且AA1⊥面ABCD,∠DAB=60°,AD=AA1=1,F为棱AA1的中点,M为线段BD1的中点.(Ⅰ)求证:

发布时间:2020-07-31 09:17:02

如图,已知棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面是菱形,且AA1⊥面ABCD,∠DAB=60°,AD=AA1=1,F为棱AA1的中点,M为线段BD1的中点.
(Ⅰ)求证:MF∥面ABCD;
(Ⅱ)判断直线MF与平面BDD1B1的位置关系,并证明你的结论;
(Ⅲ)求三棱锥D1-BDF的体积.

网友回答

解:(Ⅰ)连接AC、BD交于点O,再连接OM,
∵△BD1D中,OM是中位线,∴OM∥D1D且OM=D1D,
∵矩形AA1D1D中,AF∥D1D且AF=D1D,
∴AF∥OM且AF=OM,可得四边形MOAF是平行四边形,
∴MF∥OA,
∵MF?平面ABCD,OA?平面ABCD,
∴MF∥平面ABCD;------(4分)
(Ⅱ)AC⊥平面BDD1B1,证明如下
在底面菱形ABCD中,AC⊥BD,
又∵BB1⊥平面ABCD,AC?平面ABCD
∴AC⊥BB1,
∵BB1、BD是平面BDD1B1内的相交直线
∴AC⊥平面BDD1B1,
∵AC∥MF,∴AC⊥平面BDD1B1,------------(8分)
(Ⅲ)过点B作BH⊥AD,垂足为H,
∵AA1⊥平面ABCD,BH?平面ABCD
∴BH⊥AA1,
∵AD、AA1是平面BDD1B1内的相交直线
∴BH⊥平面BDD1B1,
在Rt△ABH中,∠DAB=60°,AB=1,
∴BH=ABsin60°=,
因此,三棱锥D1-BDF的体积V=VB-D1DF=S△DD1F?BH=××1×1×=--------(12分)
解析分析:(Ⅰ)连接AC、BD交于点O,再连接OM,利用三角形中位线定理结合平行四边形的性质,得四边形MOAF是平行四边形,从而MF∥OA,所以MF∥平面ABCD;(II)菱形的对角线互相垂直,得AC⊥BD,由BB1⊥平面ABCD,得AC⊥BB1,所以AC⊥平面BDD1B1,再结合AC∥MF,得AC⊥平面BDD1B1;(III)过点B作BH⊥AD于H,可证出BH⊥平面BDD1B1,从而BH是三棱锥B-DD1F的高,算出△DD1F的面积并结合锥体体积公式,可得三棱锥D1-BDF的体积.

点评:本题在特殊四棱柱中,证明线面平行、线面垂直,并求三棱锥的体积,着重考查了空间线面平行、线面垂直的判定与性质和锥体体积公式等知识,属于中档题.
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