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边长为 2 的正方形 ABCD 中,E,F 分别是 AB,BC 的中点,将 ΔADE,ΔCDF,ΔBEF 分别沿 DE,DF,EF 折起,使 A,B,C 重合于点 P, 则三棱锥 P−DEF 的外接球的体积为_____; 设直线 PD,PE,PF 与平面 DEF 所成角分别为 α,β,γ, 则 sin2α+sin2β+sin2γ= _____.
注意到 ∠EPF=∠FED=∠EPD=90∘, 因此四面体 EPDF 可以补全成长方体 PEGD−FE′G′D′,两者外接球相同,故外接球半径为 R=12+12+222=62, 从而外接球体积为 V=43πR3=6π.
记四面体 P−DEF 的面 DEF 所对的高为 h. 首先计算 正方形SΔDEF=S正方形ABCD−SΔADE−SΔDFC−SΔBEF=32, 从而利用等积关系VP−EFD=13SΔDEFh=VD−PEF=13⋅12⋅2⇒h=23, 从而sin2α+sin2β+sin2γ=h2+h2+h24=1.