Question

15．正方体ABCD-A₁B₁C₁D₁的棱长为a，M、N、P、Q分别在棱A₁D₁、A₁B₁、B₁C₁、BC上移动，则四面体MNPQ的最大体积是$\frac{1}{6}$a³．

Answer 1

分析 以MNP为底面，Q为顶点，则：四面体MNPQ的体积V=$\frac{1}{3}$hS，其中：h是Q点到底面的距离，是定值，h=a，于是，要使得V最大，等价于使得底面△MNP的面积S最大．

解答 解：以MNP为底面，Q为顶点，则：四面体MNPQ的体积V=$\frac{1}{3}$hS
其中：h是Q点到底面的距离，是定值，h=a，
于是，要使得V最大，等价于使得底面△MNP的面积S最大．
设A₁M=x，A₁N=y，B₁P=z，（0≤x，y，z≤a）则：
S=S_正方形-${S}_{△{A}_{1}MN}$-${S}_{△{B}_{1}NP}$-${S}_{梯形{C}_{1}{D}_{1}MP}$
=a²-$\frac{1}{2}$xy-$\frac{1}{2}$（a-y）z-$\frac{1}{2}$a（a-x+a-z）
=a²-$\frac{1}{2}$xy-$\frac{1}{2}$（a-y）z-a²+$\frac{1}{2}$a（x+z）
=$\frac{1}{2}$（ax-xy+yz）
≤$\frac{1}{2}$[x（a-y）+ya]
≤$\frac{1}{2}$[a（a-y）+ya]
=$\frac{1}{2}$a²
即：S的最大值=$\frac{1}{2}$a²（此时，x=z=a，b可随意）
故：四面体MNPQ的体积V的最大值=$\frac{1}{3}$aS=$\frac{1}{6}$a³，
故答案为：$\frac{1}{6}$a³．

点评 本题考查四面体MNPQ的体积V的最大值，考查学生分析解决问题的能力，要使得V最大，等价于使得底面△MNP的面积S最大是关键．