本题导读

本题考查线面垂直的判定。

📌【题干】

Question

(2012年湖北卷(文)) 某个实心零部件的形状是如图所示的几何体,其下部是底面均是正方形,侧面是全等的等腰梯形的四棱台 ,上部是一个底面与四棱台的上底面重合,侧面是全等的矩形的四棱柱 .

(1)证明:直线 垂直于平面 ;

(2)现需要对该零部件表面进行防腐处理. 已知 ,,,(单位:厘米),每平方厘米的加工处理费用为 元. 需加工处理费多少元?

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🔍【思路分析】

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且 、 得 平面 ;表面积 平方厘米,费用 元。

✅【答案】

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(1)见解析;(2) 元

✍【详细解析】

Abstract

(1)因为四棱柱 的侧面是全等的矩形,所以 ,。

又 ,所以 平面 。

连接 ,因为 在平面 内,所以 。

因为底面 是正方形,所以 。

根据棱台的定义可知, 与 共面。又平面 与平面 平行,且平面 与两底面分别交于 、,所以 。

于是由 ,,,得 ,。

又 ,所以 平面 。

(2)四棱柱 的底面是边长 的正方形,高 ,其表面积(不含与棱台重合的底面)为

(平方厘米)。

四棱台的下底面是边长 的正方形;其侧面是全等的等腰梯形,两底长分别为 与 ,腰 ,由等腰梯形性质,梯形的高为

(厘米)。

故四棱台的表面积(不含与棱柱重合的底面)为

(平方厘米)。

于是该零部件的表面积为 (平方厘米),

所需加工处理费为 (元)。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:线面垂直的判定定理;面面平行的性质定理;棱柱、棱台侧面积的计算

核心方法:垂直证明走”线线垂直累积成线面垂直”,并用两底面平行推出 ;面积按”外露面”分块清点

避坑指南:本图中外露面共有六类:棱柱的四个侧面与上底面、棱台的两个底面之一(下底面)与四个梯形侧面,两几何体重合的两个正方形底面不计入;等腰梯形的高用腰长 与半底差 算,得到 而不是把 直接当高。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:组合几何体垂直证明与表面积应用题,与 2013 年重庆卷文第 8 题、2013 年新课标Ⅰ文第 19 题同族。

结论推广:等腰梯形中,腰 、两底 与高 满足 ;正四棱台侧面展开即四个全等等腰梯形。

方法推广:立体几何应用题的费用(涂漆、防腐)类问题,先列”外露面清单”再逐面计算,最后乘单价,切勿漏掉或重复底面。

🔗【关联脉络】

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