Question

如圖，已知直四棱柱ABCD-A₁B₁C₁D₁的底面是直角梯形，AB⊥BC，AB∥CD，E，F分別是棱BC，B₁C₁上的動點，且EF∥CC₁，CD=DD₁=1，AB=2，BC=3．
（Ⅰ）證明：無論點E怎樣運動，四邊形EFD₁D都為矩形；
（Ⅱ）當EC=1時，求幾何體A-EFD₁D的體積．

Answer 1

分析：（I）要證明無論點E怎樣運動，四邊形EFD₁D都為矩形，我們可根據已知中直四棱柱ABCD-A₁B₁C₁D₁的底面是直角梯形，AB⊥BC，AB∥CD，E，F分別是棱BC，B₁C₁上的動點，且EF∥CC₁，先由線面平行的性質定理，判斷出四邊形EFD₁D為平行四邊形，再證明其鄰邊相互垂直，進而得到答案．
（II）連接AE，我們易根據已知條件，結合直棱柱的幾何特征和勾股定理，判斷出AE到為四棱錐的高，根據CD=DD₁=1，AB=2，BC=3及EC=1，我們計算出四棱錐底面面積的和高，代入棱錐體積公式即可得到答案．

解答：解：（Ⅰ）在直四棱柱ABCD-A₁B₁C₁D₁中，DD₁∥CC₁，
∵EF∥CC₁，∴EF∥DD₁，（2分）
又∵平面ABCD∥平面A₁B₁C₁D₁，
平面ABCD∩平面EFD₁D=ED，
平面A₁B₁C₁D₁∩平面EFD₁D=FD₁，
∴ED∥FD₁，∴四邊形EFD₁D為平行四邊形，（4分）
∵側棱DD₁⊥底面ABCD，又DE?平面ABCD內，
∴DD₁⊥DE，∴四邊形EFD₁D為矩形；（5分）
（Ⅱ）證明：連接AE，∵四棱柱ABCD-A₁B₁C₁D₁為直四棱柱，
∴側棱DD₁⊥底面ABCD，又AE?平面ABCD內，
∴DD₁⊥AE，（6分）
在Rt△ABE中，AB=2，BE=2，則AE=2

2

；（7分）
在Rt△CDE中，EC=1，CD=1，則DE=

2

；（8分）
在直角梯形中ABCD，AD=

BC2+(AB-CD)2

=

10

；
∴AE²+DE²=AD²，即AE⊥ED，
又∵ED∩DD₁=D，∴AE⊥平面EFD₁D；（10分）
由（Ⅰ）可知，四邊形EFD₁D為矩形，且DE=

2

，DD₁=1，
∴矩形EFD₁D的面積為SEFD1D=DE•DD1=

2

，
∴幾何體A-EFD₁D的體積為VA-EFD1D=

1

3

SEFD1D•AE=

1

3

×

2

×2

2

=

4

3

．

點評：本題考查的知識點是棱錐的體積公式及平面的基本性質及推論，其中求幾何體A-EFD₁D的體積，關鍵是要找到棱錐的高，求出高和底面面積后，代入棱錐體積公式即可得到答案．