(2009安徽卷理)(本小题满分13分)如图,四棱锥F-ABCD的底面ABCD是

2009安徽卷理)(本小题满分13分)

如图,四棱锥FABCD的底面ABCD是菱形,其对角线AC=2BD=AECF都与平面ABCD垂直,AE=1CF=2.

I)求二面角BAFD的大小;

II)求四棱锥EABCD与四棱锥FABCD公共部分的体积.

答案

解析:本小题主要考查直线与直线、直线与平面、平面与平面的位置关系、相交平面所成二面角以及空间几何体的体积计算等知识,考查空间想象能力和推理论证能力、利用综合法或向量法解决立体几何问题的能力。本小题满分13分。

解:(I)(综合法)连接ACBD交于菱形的中心O,过OOGAF

G为垂足。连接BGDG。由BDACBDCFBD平面ACF,故BDAF

于是AF平面BGD,所以BGAFDGAFBGD为二面角BAFD 的平面角。

,得          

,得

(向量法)以A为坐标原点,方向分别为x轴、y轴、z轴的正方向建立空间直角坐标系(如图)

设平面ABF的法向量,则由

,得

同理,可求得平面ADF的法向量         

知,平面ABF与平面ADF垂直,

二面角B-AF-D的大小等于

II)连EBECED,设直线AF与直线CE相交于点H,则四棱锥E-ABCD与四棱锥F-ABCD的公共部分为四棱锥H-ABCD

HHP⊥平面ABCDP为垂足。

因为EA⊥平面ABCDFC⊥平面ABCD,,所以平面ACFE⊥平面ABCD,从而

又因为          

故四棱锥H-ABCD的体积

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