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如何求空間幾何體的體積

2024-02-20 00:00:00侯正衛(wèi)陳細(xì)杰
關(guān)鍵詞:棱錐多面體三棱錐

空間幾何體的體積問題主要有:(1)求簡單空間幾何體的體積;(2)求組合體的體積.這兩類問題側(cè)重于考查柱體、椎體、臺體、球體的性質(zhì)與體積公式的應(yīng)用.下面主要談一談空間幾何體體積的兩種求法.

一、公式法

對于一些規(guī)則的簡單幾何體,可以直接利用簡單空間幾何體的體積公式來求解.這就要求我們熟記并靈活運用簡單空間幾何體的體積公式:柱體的體積公式[V=Sh],錐體的體積公式:[V=13Sh],球的體積公式:[V=43πR3],其中[S]為底面的面積,[h]為高,[R]為半徑.

例1.如圖1所示,直三棱柱[ABC-A1B1C1],其中[AB=BC=2],側(cè)面[AA1B1B]為正方形,[E、F]分別是[AC]和[CC1]的中點,[BF⊥A1B1],求三棱錐[F-EBC]的體積.

解:如圖2所示,連接[AF],由題意可得[BF=BC2+CF2].

因為[BF⊥A1B1],[AB∥A1B1],

因為[AB⊥BB1,BC⊥AB,BB1?BC=B],

所以[AB⊥平面BCC1B1],

則[AF=AB2+BF2=3],[AC=AF2-CF2=22],

所以[AB2+BC2=AC2],則[AB⊥BC],

所以[ΔABC]為等腰直角三角形,則[SΔBCE=12SΔABC=1],

所以[VF-EBC=13×SΔBCE×CF=13].

由題意可知三棱柱[ABC-A1B1C1]為直三棱柱,由直三棱柱的性質(zhì)可知側(cè)棱[CC1⊥平面ABC],則CF為三棱錐[F-EBC]的高,根據(jù)題目中的條件求得底面[ΔBCE]的面積,即可根據(jù)椎體的體積公式[V=13Sh]解題.

二、割補法

對于不規(guī)則的幾何體,可以利用割補法來將其分割或者補成規(guī)則的幾何體,再將幾個部分的體積相加減,即可求得原幾何體的體積.在割補幾何體時,要盡可能地沿著平行線或垂線進行割補,這樣便于快速求得割補后的幾何體的體積.

例2.如圖3所示,在多面體[ABCDEF]中,[ABCD]是菱形且[∠ABC=60°],[FA⊥平面ABCD],[ED//FA],[AB=FA=2ED=2],求多面體[ABCDEF]的體積.

解:由題意可知[ΔABC]為等邊三角形,可得[SΔABC=34AB2=3].

取AD的中點G,連接CG,

由[ΔACD]為等邊三角形可知[CG⊥AD],可得[CG=3],

因為[FA⊥平面ABCD],所以[平面ADEF⊥平面ABCD],

所以[CG⊥平面ADEF],則C到平面ADEF的距離為[CG=3].

由圖易得[VABCDEF=VF-ABC+VC-ADEF],

因為[VF-ABC=13×SΔABC×FA=233],

[VC-ADEF=13×(1+2)×22×3=3].

所以[VABCDEF=VF-ABC+VC-ADEF=233+3=533].

先將多面體[ABCDEF]分割為兩個棱錐:[F-ABC]、[C-ADEF];然后分別根據(jù)幾何體中的垂直關(guān)系確定棱錐的高,求得底面的面積,便可求得兩個棱錐的體積.

總的來說,解答空間幾何體的體積問題,不僅要靈活運用簡單空間幾何體的性質(zhì)和體積公式,還要學(xué)會結(jié)合幾何體的結(jié)構(gòu)特征,添加合適的輔助線,以順利求得問題的答案.解題的難點在于靈活運用相關(guān)的定理、性質(zhì),求得幾何體的底面面積、高線長、半徑.

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