题目内容

【题目】如图1所示,在边长为12的正方形AA'A1'A1中,BB1∥CC1∥AA1,且AB=3,BC=4,AA1'分别交BB1,CC1于点P,Q,将该正方形沿BB1、CC1折叠,使得A'A1'与AA1重合,构成如图2所示的三棱柱ABC﹣A1B1C1.

(1)求三棱锥P﹣ABC与三棱锥Q﹣PAC的体积之和;

(2)求直线AQ与平面BCC1B1所成角的正弦值;

(3)求三棱锥Q﹣ABC的外接球半径r.

【答案】(1)体积之和为20.(2) .(3).

【解析】试题分析:(1)在图1中,∵△PAB,△ACQ是等腰直角三角形,∴PB=3,CQ=7,∵AB=3,BC=4,AC=12﹣3﹣4=5,∴AB⊥BC,∴B到AC的距离d=,分别计算VP﹣ABC,VQ﹣PAC得出结论;(2)连接BQ,∵BB1⊥平面ABC,∴BB1⊥AB,又AB⊥BC,BC∩BB1=B,∴AB⊥平面BCC1B1,∴∠AQB是直线AQ与平面BCC1B1所成角;(3)取AQ中点M,∵△ABQ和△ACQ是直角三角形,∴MA=MB=MC=MQ,∴三棱锥Q﹣ABC的外接球球心为M,从而得出外接球半径.

试题解析:

(1)在图1中,∵△PAB,△ACQ是等腰直角三角形,

∴PB=3,CQ=7,

∵AB=3,BC=4,AC=12﹣3﹣4=5,

∴AB⊥BC,

∴B到AC的距离d==.

∴VP﹣ABC===6,

VQ﹣PAC=VP﹣QAC===14,

∴三棱锥P﹣ABC与三棱锥Q﹣PAC的体积之和为6+14=20.

(2)连接BQ,

∵BB1⊥平面ABC,∴BB1⊥AB,

又AB⊥BC,BC∩BB1=B,

∴AB⊥平面BCC1B1,

∴∠AQB是直线AQ与平面BCC1B1所成角.

∵AQ==,

∴sin∠AQB==.

(3)设AQ的中点为M,

∵△ABQ和△ACQ是直角三角形,

∴MA=MB=MC=MQ,

∴三棱锥Q﹣ABC的外接球球心为M.

∴三棱锥Q﹣ABC的外接球半径r=AQ=.

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