#创作挑战赛#
2022年新高考数学全国卷II有这么一道有趣的立体几何多选题,是关于体积问题的。这道题有趣之处在于,你可以几乎不用数学知识,单凭日常生活的一些非常普通的哲学道理,就把它解决了。这是怎么回事呢?跟老黄一起来看看题目吧。
如图,四边形ABCD为正方形,ED⊥平面ABCD,FB//ED,
AB=ED=2FB, 记三棱锥E-ABC, F-ABC, E-ACF的体积分别为
V1,V2,V3. 则
A. V3=2V2; B. V3=2V1; C. V3=V1 V2; D. 2V3=3V1
分析:原图其实还少画了BE这条棱,是老黄后期补上去的。老黄这个糟老头子坏得很,先给大家分享数学的解法 ,再分享哲理的解法。数学上有两种方法:
方法一:设AB=ED=2FB=2a, 则V1=AB·BC·ED/6=4a^3/3, V2=AB·BC·EB/6=2a^3/3, 关键的问题是要怎么表示V3.
瞧老黄是怎么做的。看图,你明白它是什么意思吗?它指的是原几何体其实是正方体的一部分。
而且这部分是正方体的二分之一。为什么呢?
这是正方体的对称性决定的。只要把上底面过E的对角线画出来,利用这条对角线所在的竖直平面,把正方体分成两个部分。就可以看到,原立体图形的一半,在两个部分中,都各占整体的一半。老实说,这是真够烧脑的。相对而言,后面的三棱锥E-ACD的体积等于V1就好理解得多了,因为它们底面积相等,高相同。
因此V3等于整体体积减去V2,再减去E-ACD的体积,也就是V1,从而求得V3等于2a^3。有了三个体积,检验就可以知道C,D是正确的。
这种解法还让老黄知道了存在正方体一条棱的中点,与三个侧面的各一条对角线,平分正方体。注意,存在是一定存在的,但不能说棱的中点与三条对角线一定会平分正方体。
另外一种数学方法,还是先设这几条线段的长,这回直接设为2,即AB=ED=2FB=2。这样做,不熟练的小伙伴容易出错。并求得V1=4/3, V2=2/3.
然后连结BD交AC于点M,连结EM、FM,则分别可以求得FM,EM,EF和AC的长,通通是利用勾股定理求得的。其中FM=√3,EM=√6,EF=3,AC=2√2.
再求三角形EMF的面积,得到S△EMF=FM·EM/2=3√2 /2,它是三棱锥A-EMF和C-EMF的公共底面,而AC是垂直于这个面的. 所以V3在这里被看作这两个三棱锥的体积和,就等于三分之一两者高的和,也就是AC,乘以公共底面积,结果等于2。即V3=AC·S△EMF/3=2. 检验就可以得到答案是C和D了。
终于到了要介绍用普通哲理解决这个问题的时候了。
首先还是需要一点数学知识的,由三棱锥E-ABC和三棱锥F-ABC同底,高ED=2FB,∴V1=2V2. 然后就进入老黄的表演时间了。
如果A正确,那么V3=V1, BCD全错. 因此,BCD会一致投票,排除掉A,因为这是多选项嘛. 不可能只先A一个答案。
B对则D错,B错则D对,即B、D中只有一个是正确的,正所谓“鹬蚌相争,渔翁得利”,B、D选项就是鹬和蚌的关系,而C选项就是成了那个“渔翁”,因此C正确,你甚至不需要看C选项写了些什么。
当然,最后还要靠C选项推出V3=V1 V1/2=3V1/2, 从而知道D选项是正确的。因此选CD.
怎么样?有趣吧!这三种方法,你最喜欢哪一种呢?
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