如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥面ABC,AC⊥BC,E、F分别在线段B1C1和AC上,B1E=3EC1,AC=BC=CC1=4.(Ⅰ)求证:BC⊥AC

发布时间:2020-07-31 09:24:44

如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥面ABC,AC⊥BC,E、F分别在线段B1C1和AC上,B1E=3EC1,AC=BC=CC1=4.
(Ⅰ)求证:BC⊥AC1;
(Ⅱ)若F为线段AC的中点,求三棱锥A-C1EF的体积;
(Ⅲ)试探究满足EF∥平面A1ABB1的点F的位置,并给出证明.

网友回答

证明:(Ⅰ)∵AA1⊥面ABC,BC?面ABC,∴BC⊥AA1.…(1分)
又∵BC⊥AC,AA1,AC?面AA1C1C,AA1∩AC=A,∴BC⊥面AA1C1C,…(3分)
又AC1?面AA1C1C,∴BC⊥AC1.…(4分)
(Ⅱ)解:∵B1C1∥BC,由(Ⅰ)知BC⊥面AA1C1C,
∴C1E⊥面AC1F,…(6分)∴.…(8分)
(Ⅲ)解法一:当AF=3FC时,FE∥平面A1ABB1.…(9分)
理由如下:在平面A1B1C1内过E作EG∥A1C1交A1B1于G,连接AG.∵B1E=3EC1,∴,
又AF∥A1C1且,
∴AF∥EG且AF=EG,
∴四边形AFEG为平行四边形,∴EF∥AG,…(11分)
又EF?面A1ABB1,AG?面A1ABB1,
∴EF∥平面A1ABB1.…(12分)
解法二:当AF=3FC时,FE∥平面A1ABB1.…(9分)
理由如下:在平面ABC内过E作EG∥BB1交BC于G,连接FG.
∵EG∥BB1,EG?面A1ABB1,BB1?面A1ABB1,
∴EG∥平面A1ABB1.
∵B1E=3EC1,∴BG=3GC,
∴FG∥AB,又AB?面A1ABB1,FG?面A1ABB1,∴FG∥平面A1ABB1.
又EG?面EFG,FG?面EFG,EG∩FG=G,
∴平面EFG∥平面A1ABB1.…(11分)
∵EF?面EFG,∴EF∥平面A1ABB1.…(12分).
解析分析:(Ⅰ)由AA1⊥面ABC,利用线面垂直的性质定理得到BC⊥AA1,又BC⊥AC,AA1,再根据线面垂直的判定定理得到BC⊥面AA1C1C,最后根据线面垂直的性质即可得出结论;(Ⅱ)由(Ⅰ)知可得C1E⊥面AC1F,将三棱锥A-C1EF的体积转化为三棱锥E-C1AF的体积进行求解即得;(Ⅲ)解法一:当AF=3FC时,FE∥平面A1ABB1.理由如下:在平面A1B1C1内过E作EG∥A1C1交A1B1于G,连接AG,先证出EF∥AG,再利用线面平行的判定定理证得EF∥平面A1ABB1即可;解法二:当AF=3FC时,FE∥平面A1ABB1,理由如下:在平面ABC内过E作EG∥BB1交BC于G,连接FG.利用面面平行的判定定理得到平面EFG∥平面A1ABB1,再根据面面平行的性质即可得到EF∥平面A1ABB1.

点评:本小题主要考查直线与直线、直线与平面的位置关系、棱锥的体积公式等基础知识,考查空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力,考查化归与转化的思想.
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