题目内容

      (本题满分12分)如图1,E, F, G分别是边长为2的正方形ABCD所在边的中点,沿EF将CEF截去后,又沿EG将多边形折起,使得平面DGEF丄平面ABEG得到如图2所示的多面体.

(1) 求证:FG丄平面BEF1

(2) 求二面角A-BF-E的大小;

(3) 求多面体ADG-BFE的体积

解 (1)证明  ∵ 面DGEF⊥面ABEG,且BE⊥GE,

∴ BE⊥面DGEF,得 BE⊥FG.

又 ∵ GF2 + EF2 =()2 +()2 = 4 = EG2,

∴ ∠EFG = 90°,有 EF⊥FG.

而 BE∩EF = E,因此 FG⊥平面BEF.     4分

(2)如图所示,建立空间直角坐标系,则A(1,0,0),B(1,2,0),E(0,2,0),F(0,1,1),于是,=(1,-1,-1),= (1,1,-1),= (0,1,-1).

设相交两向量、的法向量为n1 = (x1, y1, z1),

则由n1⊥,得 x1-y1-z1 = 0;由n1⊥,得 x1 + y1-z1 = 0.

解得 y1 = 0,x1 = z1,因此令 n1 =(1,0,1).

事实上,由(1)知,平面BEF的一个法向量为n2 =(0,1,1).

所以 cos< n1, n2> =,两法向量所成的角为,

从而图2中二面角A-BF-E大小为.……………… 8分

另法  如图,补成直三棱柱,利用三垂线定理求出二面角H-

BF-E的大小为,进而求得二面角A-BF-E的大小为.

(3)连结BD、BG将多面体ADG-BFE分割成一个四棱

锥B-EFDG和一个三棱锥D-ABG,则多面体的体积

= VB-EFDG + VD-ABG..      ……………… 12分

另法  补成直三棱柱或过F作ADG的平行截面FKM,则

多面体的体积 = V柱-VF-BEH = 或 = V柱 + VF-BEMK =.

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