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        1. 21.如圖,PABC是底面邊長為1的正三棱錐,DE、F分別為棱PA、PB、PC上的點,截面DEF∥底面ABC,且棱臺DEFABC與棱錐PABC的棱長和相等.(棱長和是指多面體中所有棱的長度之和)

          (1)證明:PABC為正四面體;

          (2)若PD=PA,求二面角DBCA的大;(結(jié)果用反三角函數(shù)值表示)

          (3)設(shè)棱臺DEFABC的體積為V,是否存在體積為V且各棱長均相等的平行六面體,使得它與棱臺DEFABC有相同的棱長和?若存在,請具體構(gòu)造出這樣的一個直平行六面體,并給出證明;若不存在,請說明理由.

          21. [證明] (1)∵棱錐PABC與棱臺DEFABC的棱長和相等,

          DE+EF+FD=PD+PE+PF.

          又∵截面DEF∥底面ABC

          DE=EF=FD=PD=PE=PF,∠DPE=∠EPF=∠FPD=60°,

          PABC為正四面體.

          [解](2)取BC的中點M,連接PM、DMAM.

          BCPM,BCAM,∴BC⊥平面PAM,BCDM

          則∠DMA為二面角DBCA的平面角.

          由(1)知,PABC的各棱長均為1,

          PM=AM=.由DPA的中點,得sinDMA==,

          ∴∠DMA=arcsin.

          (3)存在滿足條件的直平行六面體.

          棱臺DEFABC的棱長和為定值6,體積為V.

          設(shè)直平行六面體的棱長均為,底面相鄰兩邊夾角為α,則該六面體棱長和為12×=6,體積為sinα=V.

          ∵正四面體PABC的體積是,∴0<V,0<8V<1.

          可知α=arcsin(8V).

          故構(gòu)造棱長均為,底面相鄰兩邊夾角為arcsin(8V)的直平行六面體,即滿足要求.

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          (2)若PD=PA,求二面角DBCA的大。(結(jié)果用反三角函數(shù)值表示)

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