Question

如圖，在直三棱柱ABC-A′B′C′中，AA′=AB=BC=1，∠ABC=90°．棱A′C′上有兩個動點E，F(xiàn)，且EF=a （a為常數(shù)）．
（Ⅰ）在平面ABC內(nèi)確定一條直線，使該直線與直線CE垂直；
（Ⅱ）判斷三棱錐B-CEF的體積是否為定值．若是定值，求出這個三棱錐的體積；若不是定值，說明理由．

Answer 1

【答案】分析：（I）先取AC中點D，連接BD．利用△ABC為等腰三角形，得出BD⊥AC，再根據(jù)ABC-A′B′C′是直三棱柱，得到BD⊥AA′，利用線面垂直的判定定理得直線BD⊥平面ACC′A′從而有BD⊥CE，故直線BD即為所求．
（Ⅱ）根據(jù)ABC-A′B′C′是直三棱柱，有CC′⊥平面A′B′C′，利用線面垂直的性質(zhì)定理得到CC′⊥EF，從而有△CEF的邊EF上的高為線段CC′，從而得到△CEF的面積S是常數(shù)，由（Ⅰ）可知，BD⊥平面ACC′A′，故BD為三棱錐B-CEF的高，最后利用三棱錐的體積公式求出三棱錐B-CEF的體積V為定值．
解答：解：（Ⅰ）取AC中點D，連接BD．
∵AB=BC，∴△ABC為等腰三角形，D為底邊AC中點，∴BD⊥AC．
∵ABC-A′B′C′是直三棱柱，∴AA′⊥平面ABC，
∵BD?平面ABC，∴BD⊥AA′．
又AA′∩AC=A，∴直線BD⊥平面ACC′A′．
∵CE?平面ACC′A′，∴BD⊥CE
∴直線BD即為所求．------（5分）
（Ⅱ）∵ABC-A′B′C′是直三棱柱，
∴CC′⊥平面A′B′C′，
∵EF?平面A′B′C′，∴CC′⊥EF
∴△CEF的邊EF上的高為線段CC′，
由已知條件得CC′=AA′=1，且EF=a（常數(shù)），
故△CEF的面積S=EF•CC′=a
由（Ⅰ）可知，BD⊥平面ACC′A′，故BD為三棱錐B-CEF的高．
在等腰三角形ABC中，可求得BD=，
∴三棱錐B-CEF的體積V=S•BD=為定值．------（10分）
點評：本題主要考查了線面平行與線面垂直的判定定理的應(yīng)用，注意線線關(guān)系與線面關(guān)系的相互轉(zhuǎn)化，本題主要考查了應(yīng)用面面垂直的性質(zhì)證明線面垂直，以及三棱錐體積公式的應(yīng)用．