如图所示,四棱锥F-ABCD的底面ABCD是菱形,其对角线AC=2,BD=2.AE、CF都与平面ABCD垂直,AE=1,CF=2.(1)求二面角B-AF-D的大小;(2)求四棱锥E-ABCD与四棱锥F-ABCD公共部分的体积.

问题描述:

如图所示,四棱锥F-ABCD的底面ABCD是菱形,其对角线AC=2,BD=

2
.AE、CF都与平面ABCD垂直,AE=1,CF=2.

(1)求二面角B-AF-D的大小;
(2)求四棱锥E-ABCD与四棱锥F-ABCD公共部分的体积.

(1)连接AC、BD交于菱形的中心O,过O作OG⊥AF,G为垂足,连接BG、DG.
由BD⊥AC,BD⊥CF得BD⊥平面ACF,故BD⊥AF.
于是AF⊥平面BGD,所以BG⊥AF,DG⊥AF,∠BGD为二面角B-AF-D的平面角.
由FC⊥AC,FC=AC=2,得∠FAC=

π
4
,OG=
2
2

由OB⊥OG,OB=OD=
2
2
,得∠BGD=2∠BGO=
π
2

(2)连接EB、EC、ED,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.
过H作HP⊥平面ABCD,P为垂足.
因为EA⊥平面ABCD,FC⊥平面ABCD,
所以平面ACEF⊥平面ABCD,从而P∈AC,HP⊥AC.
HP
CF
+
HP
AE
=
AP
AC
+
PC
AC
=1,得HP=
2
3

又因为S菱形ABCD=
1
2
AC•BD=
2

故四棱锥H-ABCD的体积V=
1
3
S菱形ABCD•HP=
2
2
9

答案解析:(1)连接AC、BD交于菱形的中心O,过O作OG⊥AF,G为垂足,连接BG、DG,根据定义可知∠BGD为二面角B-AF-D的平面角,在三角形BGD中求出此角即可;
(2)连接EB、EC、ED,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,过H作HP⊥平面ABCD,P为垂足,然后求出HP,利用体积公式V=
1
3
S菱形ABCD•HP求解即可.
考试点:与二面角有关的立体几何综合题;棱柱、棱锥、棱台的体积.

知识点:本题考查空间位置关系,二面角平面角的作法以及空间几何体的体积计算等知识.考查利用综合法或向量法解决立体几何问题的能力.