考點(diǎn):棱柱、棱錐、棱臺(tái)的體積,直線與平面平行的判定,二面角的平面角及求法
專題:空間位置關(guān)系與距離,空間角
分析:幾何法:
(1)取DG的中點(diǎn)M,連接AM、FM,由已知得四邊形DEFM為平行四邊形,從而得到四邊形ABFM是平行四邊形,由此能證明BF∥平面ACGD.
(2)由線面垂直DE⊥AD,又DE⊥DG,從而DE⊥平面ADGC,進(jìn)而MF⊥平面ADGC.在平面ADGC中,過(guò)M作MN⊥GC,垂足為N,連接NF,則∠MNF是所求二面角的平面角,由此能求出二面角D-CG-F的余弦值.
(3)由題意六面體ABCDEFG可分割成直三棱柱ADM-BEF和斜三棱柱ABC-MFG,由此能求出六面體ABCDEFG的體積.
向量法:
(1)由AD,DE,DG兩兩垂直,以D為原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系,由向量量求出
=
,從而BF∥CG,由此能證明BF∥平面ACGD.
(2)求出平面BCGF的法向量和平面ACGD的法向量,由此利用向量法能注出二面角D-CG-F的余弦值.
(3)取DG的中點(diǎn)M,連接AM、FM,由題意可得六面體ABCDEFG可分割成直三棱柱ADM-BEF和斜三棱柱ABC-MFG,由此能求出六面體ABCDEFG的體積.
解答:
(本小題滿分14分)
幾何法:
(1)證明:如圖,取DG的中點(diǎn)M,連接AM、FM.
因?yàn)镈M=
DG=EF,且EF∥DM,
所以四邊形DEFM為平行四邊形.(1分)
所以MF∥DE,且MF=DE.(2分)
又AB∥DE,且AB=DE,所以MF∥AB,且MF=AB.(3分)
所以四邊形ABFM是平行四邊形,故BF∥AM.(4分)
又AM?平面ACGD,BF?平面ACGD,
所以BF∥平面ACGD.(5分)
(2)解:因?yàn)锳D⊥平面DEFG,DE?平面DEFG,
所以DE⊥AD,又DE⊥DG,且AD∩DG=D,
所以DE⊥平面ADGC.
因?yàn)镸F∥DE,所以MF⊥平面ADGC.(6分)
在平面ADGC中,過(guò)M作MN⊥GC,垂足為N,連接NF,
如圖,則∠MNF是所求二面角的平面角.(7分)
因?yàn)樵谒倪呅蜛DGC中,
AD⊥AC,AD⊥DG,AC=DM=MG=1,
所以CD=CG=
,所以MN=
,(8分)
在Rt△MNF中,MF=2,MN=
,NF=
=
,(9分)
所以cos∠MNF=
=
,即二面角D-CG-F的余弦值為
.(10分)
(3)解:由題意及(1)與(2)可得:
六面體ABCDEFG可分割成直三棱柱ADM-BEF和斜三棱柱ABC-MFG,(12分)
所以V
六面體ABCDEFG=V
三棱柱ADM-BEF+V
三棱柱ABC-MFG (13分)
=2×
×2×1+2×
×2×1=4.(14分)
向量法:
(1)證明:由已知可得AD,DE,DG兩兩垂直,
以D為原點(diǎn),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則A(0,0,2),B(2,0,2),C(0,1,2),E(2,0,0),
F(2,1,0),G(0,2,0).
=(0,1,-2),
=(0,1,-2),
所以
=
,所以BF∥CG.(5分)
又CG?平面ACGD,BF?平面ACGD,所以BF∥平面ACGD. (6分)
(2)解:
=(0,2,0),
設(shè)平面BCGF的法向量為
=(x,y,z),
則由
,得
,解得
,令z=1,得
=(1,2,1),(7分)
顯然平面ACGD的法向量
=(1,0,0),(8分)
所以cos<
,
>=
=
,(9分)
故二面角D-CG-F的余弦值為
,(10分)
(3)解:取DG的中點(diǎn)M,連接AM、FM,
由題意可得六面體ABCDEFG可分割成直三棱柱ADM-BEF和斜三棱柱ABC-MFG,
所以V
六面體ABCDEFG=V
三棱柱ADM-BEF+V
三棱柱ABC-MFG (13分)
=2×
×2×1+2×
×2×1=4.(14分)
點(diǎn)評(píng):本題考查線面垂直的證明,考查二面角的余弦值的求法,考查六面體的體積的求法,是中檔題,解題時(shí)要注意空間中線線、線面、面面間的位置關(guān)系及性質(zhì)的合理運(yùn)用.