在棱长为 $a$ 的正方体 $ABCD - {A_1}{B_1}{C_1}{D_1}$ 中,$E$ 为棱 $AB$ 的中点.
【难度】
【出处】
2008年武汉大学自主招生保送生测试
【标注】
  • 知识点
    >
    立体几何
    >
    空间几何量
    >
    空间的角
    >
    二面角
  • 知识点
    >
    立体几何
    >
    空间几何体
    >
    空间几何体的形体分析
    >
    空间几何体的体积
  1. 求二面角 ${B_1} - EC - B$ 的正切值;
    标注
    • 知识点
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      立体几何
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      空间几何量
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      空间的角
      >
      二面角
    答案
    $\sqrt 5 $
    解析
    作 $BN\perp CE$,交 $CE$ 于 $N$,则$$BN=\dfrac {\sqrt 5}{5},$$且 $\angle B_1NB$ 即为二面角 ${B_1} - EC - B$ 的平面角,因此二面角 ${B_1} - EC - B$ 的正切值为$$\dfrac {B_1B}{BN}=\sqrt 5.$$
  2. 求四面体 $E - {B_1}{D_1}C$ 的体积.
    标注
    • 知识点
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      立体几何
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      空间几何体
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      空间几何体的形体分析
      >
      空间几何体的体积
    答案
    $\dfrac{1}{4}{a^3}$
    解析
    因为 $\triangle CB_1D_1$ 为等边三角形,边长为 $\sqrt 2a$,所以 $\triangle CB_1D_1$ 的面积$$S=\dfrac {\sqrt 3}{2}a^2.$$因为 $E$ 为 $AB$ 中点,所以 $E$ 到平面 $A_1BD$ 的距离等于 $A$ 到平面 $A_1BD$ 距离的一半,即 $E$ 到平面 $CB_1D_1$ 的距离等于体对角线的 $\dfrac 13+\dfrac 13\cdot \dfrac 12=\dfrac 12$,因此四面体 $E - {B_1}{D_1}C$ 的体积为$$V=\dfrac 13\cdot \left(\dfrac 12\cdot \sqrt 3a\right)\cdot S=\dfrac 13a^3.$$
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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