立体几何中的折纸问题:2019年文数全国卷C题19

折纸:2019年文数全国卷C题19

(12分)图1是由矩形 ADEB,Rt \triangle ABC 和菱形 BFGC 组成的一个平面图形,其中 AB=1,BE=BF=2,\angle FBC=60°. 将其沿 AB,BC 折起使得 BEBF重合,连接 DG,如图 2.

(1)证明∶图2中的 A,C,G,D 四点共面,且平面 ABC \perp平面 BCGE;

(2)求图2中的四边形 ACGD 的面积.

2019年文科数学全国卷C

【解答问题1】

ADEB 是矩形,∴ AD // EB,

BFGC 是菱形,∴ CG // EB

AD // CG

A,C,G,D 四点共面.

ADEB 是矩形,∴ AB \perp BE,

\triangle ABC 是直角三角形,∴ AB \perp BC

又 ∵ BE \cap BC = B,

AB \perp 平面 BCGE

又 ∴ AB \subset 平面 ABC,

∴ 平面 ABC \perp平面 BCGE.


【解答问题2】

BFGC 是菱形,\angle FBC=60°, ∴ \triangle BCF 是正三角形,CF=2.

在棱柱 ABC-EFC 中,

AB // DF, AB \perp 平面 BCGE, ∴ DF \perp 平面 BCGE,

又 ∵ FC \subset平面 BCGE, ∴ DF \perp FC

DC = \sqrt{DF^2+FC^2}=\sqrt{5}

Rt\triangle ABC 中, AC=\sqrt{AB^2+BC^2}=\sqrt{5}

\triangle ADC 中,AC=DC=\sqrt{5}, AD=2, 所以,点 CAD 的距离为 2

AD // CG, AD=CG=2, ∴ ACGD 是平行四边形,

平行四边形 ACGD 的面积 S_{ACGD}=4.


【提炼与提高】

BCGF 是由两个正三角形拼成的菱形,所以 FC=BC. 这样的菱形在立体几何大题中已经出现多次。

三边比为 1:2:\sqrt{5} 的三角形,在本题中也出现了多次:

\triangle ABC, \triangle DFC, \triangle DMC

关于这个常用三角形的讨论,请看下文:

初高中衔接讲座:正方形内的直角三角形


【易错点】

部分学生会把点 D 与平面 ABC 的距离当作平行四边形 ACGD 的高. 点 E 的投影在 BC 上;但点 D 的投影并不在 AC 上. 这点需要注意一下.


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