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"探究几何的奥秘永远是人类经久不衰的话题". 从一维到二维、三维几何,不同维度的几何探究蕴含着不同的韵味.

  1. 长方形 ABCD 中,AC,BD 交于点 O. E 为 AB 中点,F 为 OC 中点,EF 交 BD 于点 G, 若 AB=4,BC=3:

    1. 求直线 DB 与直线 EF 夹角的余弦值;
    2. 求 ΔOGF 的面积.

    (请在 1.1, 1.2 中任选一道题作为 1 的解答)

  2. 在四棱锥 O1−A1B1C1D1 中,A1B1C1D1 为矩形,A1B1=4,B1C1=3, O1 在平面 A1B1C1D1 的投影点 O′ 为矩形 A1B1C1D1 的中心点,O1O′=4, E1 为 A1B1 的中点,F1 为棱 O1C1 的中点,E1F1 与平面 O1B1O′ 交于 G 点.

    1. 是否能在线段 O1C1 (不包含端点) 上找到点 P, 使得 A1P⊥ 平面 O1B1O′. 若存在,请算出 O1F1 的长度;若不存在,请说明理由.
    2. 求三棱锥 O1−F1G1O′ 的体积.
解

    1. 由题意 EF→=EO→+EF→=12AD→+14AC→=34AD→+14AB→,DB→=AB→−AD→,
      因此 |EF→|=974,|DB→|=5,EF→⋅DB→=−114,
      故 EF,BD 的夹角余弦为|cos⁡⟨EF→,DB→⟩|=|EF→⋅DB→||EF→|⋅|DB→|=1197485.
    2. 由梅涅劳斯定理AOOF⋅FGGE⋅EBBA=1⇒FG=GE.
      则SΔOGF=12SΔOEF=18SΔAEC=18⋅12⋅2⋅3=38.
    1. 如果这样的 P 存在使得 A1P⊥ 平面 O1B1O′,则由 O1O′⊂ 平面 O1B1O′, 得 A1P⊥O1O′. 另一方面 O1O′⊥ 平面 A1B1C1D1, A1C1⊂ 平面 A1B1C1D1, 故 O1O′⊥A1C1. 在平面 O1A1C1 中,这说明了 A1P//A1C1⇒P=C1, 与题设 P 不在 C1 矛盾,因此 P 不存在.
    2. 我们熟知,四面体中的一点沿着一条对棱平行移动,不会改变四面体的体积. 而本题中取 O′C1 中点 F′, 和 E1F′,D1B1 交点 G′, 可以证明 O1O′//G1G′//F1F′. 因此VO1−F1G1O′=VO1−O′G′F′=13O1O′⋅SΔO′G′F′=12,
      这里利用了 1.2 的结论.
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