问题标题:
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是BB1、CD的中点.(1)证明AD⊥D1F;(2)求AE与D1F所成的角;(3)证明面AED⊥面A1FD1;(4)设AA1=2,求三棱锥F-A1ED1的体积VF−A1ED1.
问题描述:
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是BB1、CD的中点.
(1)证明AD⊥D1F;
(2)求AE与D1F所成的角;
(3)证明面AED⊥面A1FD1;
(4)设AA1=2,求三棱锥F-A1ED1的体积VF−A1ED1.
陈庆贵回答:
解法一:(1)∵AC1是正方体,∴AD⊥面DC1.
又D1F⊂面DC1,∴AD⊥D1F.
(2)取AB中点G,连接A1G,FG.
因为F是CD的中点,所以GF、AD平行且相等,
又A1D1、AD平行且相等,所以GF、A1D1平行且相等,故GFD1A1是平行四边形,A1G∥D1F.
设A1G与AE相交于点H,则∠AHA1是AE与D1F所成的角,
因为E是BB1的中点,所以Rt△A1AG≌Rt△ABE,
∴∠GA1A=∠GAH,从而∠AHA1=90°,即直线AE与D1F所成角为直角.
(3)由(1)知AD⊥D1F,由(2)知AE⊥D1F,
又AD∩AE=A,所以D1F⊥面AED.
又因为D1F⊂面A1FD1,
所以面AED⊥面A1FD1.
(4)连接GE,GD1.
∵FG∥A1D1,∴FG∥面A1ED1,
∵AA1=2,
∴面积S△A1GE=SABB1A1-2S△A1AG-S△GBE=32
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