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四棱锥S-ABCD中,已知
AC
=(1,1,1),
AD
=(10,-5,5),
AB
=(-1,2,0),
SA
=(2,1,-3).
(1)求证:BC∥AD;
(2)四边形ABCD的面积;
(3)求四棱锥S-ABCD的体积,并说明理由.
分析:(1)由空间向量的坐标运算得出
BC
AD
的坐标,从而得到
AD
=5
BC
,可得
AD
BC
,即BC∥AD;
(2)利用向量的夹角公式算出cos∠BAD=-
4
30
,从而sin∠BAD=
1-cos2∠BAD
=
14
30
,算出点B到AD的距离d=|
AB
|sin∠BAD=
21
3
,再利用梯形的面积公式即可算出四边形ABCD的面积;
(3)经计算得
SA
AD
=0且
SA
AB
=0,可得
SA
AD
SA
AB
,得SA⊥平面ABCD,SA即为四棱锥S-ABCD的高,算出|
AD
|=
14
,利用锥体的体积公式即可算出四棱锥S-ABCD的体积.
解答:解:(1)∵
AC
=(1,1,1),
AB
=(-1,2,0),
BC
=
AC
-
AB
=(2,-1,1),
AD
=(10,-5,5),∴
AD
=5(2,-1,1)=5
BC

可得
AD
BC
,即BC∥AD;
(2)∵
AB
=(-1,2,0),
AD
=(10,-5,5),
∴cos∠BAD=
-1×10+2×(-5)+0×5
5
•5
6
=-
4
30

可得sin∠BAD=
1-cos2∠BAD
=
14
30

∴点B到AD的距离d=|
AB
|sin∠BAD=
5
×
14
30
=
21
3

∵BC∥AD,且BC≠AD,|
BC
|=
6
且|
AD
|=5
6

∴梯形ABCD的面积为SABCD=
1
2
(|
BC
|+|
AD
|)×
21
3
=3
14

(3)∵
AD
=(10,-5,5),
AB
=(-1,2,0),
SA
=(2,1,-3).
SA
AD
=2×10+1×(-5)+(-3)×5=0,且
SA
AB
=2×(-1)+1×2+(-3)×0=0
由此可得
SA
AD
SA
AB
,得SA⊥平面ABCD
∵|
AD
|=
22+12+(-3)2
=
14

∴四棱锥S-ABCD的体积V=
1
3
SABCD×|
AD
|=
1
3
×3
14
×
14
=14.
点评:本题给出几个空间向量的坐标,求由它们构成的四棱锥的体积.着重考查了空间向量的坐标运算、向量的夹角公式、模的公式和面积、体积公式等知识,属于中档题.
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