解答题⊙O半径为,AB,CD是互相垂直的直径,沿AB将圆面折成大小为θ的二面角.
(Ⅰ)当θ=90°时,求四面体D-ABC的表面积;
(Ⅱ)当θ=90°时,求异面直线AC与BD所成的角;
(Ⅲ)当θ为何值时,四面体D-ABC的体积?
网友回答
解:(I)由已知,易得AC=CB=BD=DA=2R,
∵DO⊥AB,CO⊥AB∴∠DOC为二面角的平面角θ,
在Rt△DOC中,得DC=2R
于是△ADC,△BCD是全等的正三角形,边长为2R,
而△ACB,△ADB为全等的等腰直角三角形.
∴四面体D-ABC的表面积=
=
=;
(II)(方法一)设AD中点为M,CD中点为N,
连MN,MO,则AC∥MN,BD∥MO,
则∠NMO为异面直线AC与BD所成的角,
连NO,由(1)可得MN=MO=NO=R,
所以∠NMO=60°.
(方法二)∵DO⊥AB,CO⊥AB,θ=90°
∴分别以OC,OB,OD为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,
则有,
∴
设异面直线AC与BD所成的角所成的角为α,
则
所以异面直线AC与BD所成的角为60°;
(III)如图,作DG⊥CO于G,
∵AB⊥DO,AB⊥CO,∴AB⊥平面COD,从而AB⊥DG
∴DG⊥平面ABC,∴DG为四面体D-ABC的高,
在Rt△DOG中,,
∴,
当时,解得,所以θ=30°或150°.解析分析:(Ⅰ)当θ=90°时,先求底面面积再求侧面的高,然后求四面体D-ABC的表面积;(Ⅱ)当θ=90°时,求异面直线AC与BD所成的角;法一作出异面直线所成的角,然后求解即可.法二建立空间直角坐标系,利用向量的数量积求解即可.(Ⅲ)当θ为何值时,四面体D-ABC的体积,先由此体积求出D到底面的距离,然后再求二面角的大小.点评:本题考查异面直线所成的角,棱锥的体积,是中档题.