这是2022年高考数学全国文科甲卷的立体几何问题。
小明同学参加综合实践活动,设计了一个封闭的包装盒,包装盒如图所示:底面ABCD是边长为8(单位:cm)的正方形,△EAB, △FBC, △GCD, △HAD均为正三角形,且它们所在的平面都与平面ABCD垂直.
(1)证明:EF//平面ABCD; (2)求该包装盒的容积(不计包装盒材料的厚度).
一看到问题的主角是小明,有没有一种莫名的亲切感呢?我们从小学开始就认识小明同学,因此最后一问,老黄要用小学生的解题方法来解决。
第(1)小题,要证明线面平行,只需在平面上找到一条直线,与已知直线平行。通常我们需要构造这条直线,因此,画辅助线是免不了的。
证明:(1)分别过E, F作EI⊥AB于点I, FJ⊥BC于点J. 连接IJ. 【需要画三条辅助线】
∵平面EAB⊥平面ABCD, 平面FBC⊥平面ABCD,【已知条件】
∴EI⊥平面ABCD, FJ⊥平面ABCD,【两个互相垂直的平面上一条直线垂直于交线,就垂直于另一个平面】
∴EI//FJ.【垂直于同一平面的直线互相平行】
正方形ABCD中, AB=BC, ∴正△EAB≌正△FBC【有一组边相等的正三角形全等】
∴EI=FJ, ∴四边形EFJI是矩形,【包含EF垂直于IJ的条件】
∴EF//IJ, 又IJ⊂平面ABCD, ∴EF//平面ABCD.【与平面内的任一直线平行的直线,平行于平面】
解决第(2)小题,有两个方法。一个是从包装盒上切出一个以矩形EFGH为底的长方体;另一个是把包装盒补全成一个以正方形ABCD为底的长方体。
老黄选择后者,如图。可以发现,包装盒是由一个长方体切掉四个相同的三棱锥后的剩余部分。那这要不要证明呢?证明一下,老黄觉得也是好的。但很花时间。老黄建议直接列算式,就像小学生解应用题那样列下面的算式。
(2)该包装盒的容积为:V=8^2×4√3-1/3 ×1/2×4^2×4√3 ×4= 640√3/3 (cm3).
前面是长方体的体积:底面积是8的平方,高是斜边等于8的,含60度直角三角形中,60度所对的直角边,等于4倍根号3. 后面是四个三棱锥的体积和,三棱锥的底面都是腰长等于4的等腰直角三角形,面积是4的平方乘以二分之一,高还是4倍根号3,根据三棱锥的体积公式,前面要乘以三分之一,最后四个三棱锥,还要乘以4。运算的结果等于3分之640倍根号3立体厘米。
你觉得高考这样解,会被扣分吗?