(14 分)如图,在三棱柱 A B C - A _ 1 B…——2014 高考数学第 17 题答案解析

2014_北京 Paper

2014 Beijing Question 17 Free-response Differentiating
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17.(14 分)如图,在三棱柱 $\mathsf { A B C } - \mathsf { A } _ { 1 } \mathsf { B } _ { 1 } \mathsf { C } _ { 1 }$ 中,侧棱垂直于底面, $A B \bot B C$ $\mathsf { A A } _ { 1 } = \mathsf { A C } = 2$ ,BC=1,E、F 分别为 $\mathsf { A } _ { 1 } \mathsf { C } _ { 1 }$ 、BC的中点

(1)求证:平面 $\mathsf { A B E \bot }$ 平面 $\mathsf { B } _ { 1 } \mathsf { B C C } _ { 1 }$ ;

(2)求证: $\mathsf C _ { 1 } \mathsf F / /$ 平面 ABE;

(3)求三棱锥E﹣ABC 的体积

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(1)在三棱柱 $ABC-A_1B_1C_1$ 中,侧棱垂直于底面,故 $BB_1 \perp$ 平面 $ABC$。
因为 $AB \subset$ 平面 $ABC$,所以 $BB_1 \perp AB$。
又已知 $AB \perp BC$,且 $BB_1 \cap BC = B$,$BB_1, BC \subset$ 平面 $B_1BCC_1$,
所以 $AB \perp$ 平面 $B_1BCC_1$。
因为 $AB \subset$ 平面 $ABE$,
所以平面 $ABE \perp$ 平面 $B_1BCC_1$。

(2)取 $AB$ 的中点 $G$,连接 $EG, FG$。
因为 $F$ 是 $BC$ 的中点,所以 $FG$ 是 $\triangle ABC$ 的中位线,
故 $FG // AC$ 且 $FG = \frac{1}{2}AC$。
在三棱柱中,$A_1C_1 // AC$ 且 $A_1C_1 = AC$。
因为 $E$ 是 $A_1C_1$ 的中点,所以 $EC_1 = \frac{1}{2}A_1C_1$,且 $EC_1$ 在直线 $A_1C_1$ 上。
所以 $EC_1 // AC$ 且 $EC_1 = \frac{1}{2}AC$。
由此可得 $FG // EC_1$ 且 $FG = EC_1$。
所以四边形 $FGEC_1$ 为平行四边形,故 $C_1F // EG$。
因为 $EG \subset$ 平面 $ABE$,$C_1F \not\subset$ 平面 $ABE$,
所以 $C_1F //$ 平面 $ABE$。

(3)在 Rt$\triangle ABC$ 中,$AC=2, BC=1$,由勾股定理得 $AB = \sqrt{AC^2 - BC^2} = \sqrt{4-1} = \sqrt{3}$。
所以 $\triangle ABC$ 的面积 $S_{\triangle ABC} = \frac{1}{2} AB \cdot BC = \frac{1}{2} \times \sqrt{3} \times 1 = \frac{\sqrt{3}}{2}$。
因为侧棱垂直于底面,且上下底面平行,所以点 $E$ 到平面 $ABC$ 的距离等于侧棱长 $AA_1 = 2$。
故三棱锥 $E-ABC$ 的体积:
$V_{E-ABC} = \frac{1}{3} S_{\triangle ABC} \cdot AA_1 = \frac{1}{3} \times \frac{\sqrt{3}}{2} \times 2 = \frac{\sqrt{3}}{3}$。

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