题目内容

【题目】如图所示的多面体ABCDEF满足:正方形ABCD与正三角形FBC所在的两个平面互相垂直,FB∥AE且FB=2EA.

(1)证明:平面EFD⊥平面ABFE;

(2)若AB=2,求多面体ABCDEF的体积.

【答案】(1)证明见解析(2)

【解析】

(1)由已知求解三角形可得,由面面垂直的性质可得平面,证明平面平面,则平面,得到.再由线面垂直的判定可得平面,从而得到平面平面;

(2)连接,则多面体分为四棱锥和三棱锥.分别求出四棱锥与的体积,则多面体的体积可求.

(1)证明:由题意可得,四边形ABCD是正方形且三角形FBC是正三角形,

∴BC∥AD,BC=AD,FB=BC,∠FBC=60°,

又∵FB∥AE且FB=2EA,

∴∠EAD=60°,

在△EAD中,设EA=a,则AD=2a,又∠EAD=60°,

由余弦定理得:.

∵DE2+AE2=AD2,

∴ED⊥AE,

∵平面ABCD⊥平面FBC,AB⊥BC,平面ABCD∩平面FBC=BC,且AB平面ABCD,

∴AB⊥平面BCF,

∵BC∥AD,EA∥FB,FB∩BC=B,且FB,BC平面FBC,

EA,AD平面EAD,

∴平面EAD∥平面FBC,则AB⊥平面EAD.

又∵ED平面EAD,

∴AB⊥ED.

综上,ED⊥AE,ED⊥AB,EA∩AB=A,且EA,AB平面ABEF,

∴DE⊥平面ABEF,

又∵DE平面DEF,

∴平面EFD⊥平面ABFE;

(2)连接BD,

则多面体ABCDEF分为四棱锥D﹣ABFE和三棱锥D﹣BCF.

由(1)可得,ED⊥平面ABFE,

∴.

由(1)可得AB⊥平面BCF,又CD∥AB,

∴CD⊥平面BCF,

∴.

综上,.

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