题目内容

【题目】如图在四面体中,是边长为2的等边三角形,为直角三角形,其中为直角顶点,.分别是线段上的动点,且四边形为平行四边形.

(1)求证:平面,平面;

(2)试探究当二面角从0°增加到90°的过程中,线段在平面上的投影所扫过的平面区域的面积;

(3)设,且为等腰三角形,当为何值时,多面体的体积恰好为?

【答案】(1)见解析 (2) (3)

【解析】

(1)先通过线面平行的判定定理,证得平面,通过线面平行的性质定理,证得,由此证得平面;同理证得平面.

(2)画出为、时的投影,由此判断出线段在平面上的投影所扫过的平面区域,进而求得区域的面积.

(3)先求得三棱锥的面积为,通过分割的方法,得到,分别求得与的关系式,再由列方程,解方程求得的值.

(1)∵四边形为平行四边形,

∴.而面,面,

∴面.而面,面面,

∴∥.而面,面,

∴∥平面.同理,∥平面;

(2)∵,

∴在平面上的投影满足,即在线段的中垂线上.

如图所示,将补成边长为的正,

当二面角为角时,即点在平面上,此时为,

当二面角为角时,此时为中点,

故在平面上的投影所扫过的平面区域为,而,

故线段在平面上的投影所扫过的平面区域的面积为;

(3)∵,,且为等腰三角形,∴.

取中点,易得:,,,

满足:,根据勾股定理可知.

∴平面.∴.

而多面体的体积恰好为,即多面体的体积恰为四面体体积的一半.

连接.

,∴.

,∴.

∴,

∴,整理:,即,

解得:(舍去).

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