Question

已知矩形ABCD的長AB=4，寬AD=3，將其沿對角線BD折起，得到三棱錐A-BCD，給出下列結論：①三棱錐A-BCD體積的最大值為

24

5

；
②三棱錐A-BCD外接球的表面積恒為定值；
③若E、F分別為棱AC、BD的中點，則恒有EF⊥AC且EF⊥BD；
④當二面角A-BD-C為直二面角時，直線AB、CD所成角的余弦值為

16

25

；
⑤當二面角A-BD-C的大小為60°時，棱AC的長為

14

5

．
其中正確的結論有

 

（請寫出所有正確結論的序號）．

Answer 1

考點：棱錐的結構特征

專題：空間位置關系與距離

分析：將矩形折疊后得到三棱錐，①四面體ABCD體積最大值為兩個面互相垂直求三棱錐的底面積和高計算；
②求出三棱錐的外接球半徑，計算表面積；
③連接AF，CF則AF=CF，連接DE，BE，得到DE=BE，利用等腰三角形的三線合一可得；
④當二面角A-BD-C為直二面角時，以C為原點CB，CD所在直線分別為x，y軸建立坐標系，借助于向量的數量積解答；
⑤找到二面角的平面角計算即可．

解答： 解：①四面體ABCD體積最大值為兩個面互相垂直，它的體積為

1

3

×

1

2

×3×4×

12

5

=

24

5

；所以①正確；
②三棱錐A-BCD外接球的半徑為

5

2

，所以三棱錐A-BCD外接球的表面積為4π×(

5

2

)2=25π；②正確；
③若E、F分別為棱AC、BD的中點，連接AF，CF則AF=CF，根據等腰三角形三線合一得到EF⊥AC；
連接DE，BE，容易判斷△ACD≌△ACB，得到DE=BE，所以EF⊥BD；所以③正確；
④當二面角A-BD-C為直二面角時，以C為原點CB，CD所在直線分別為x，y軸，則由向量的數量積可以得到直線AB、CD所成角的余弦值為

16

25

；所以④正確．
⑤當二面角A-BD-C的大小為60°時，棱AC的長為

14

5

在直角三角形ABD中，AB=4，AD=3，BD=5，
作AE⊥BD，CF⊥BD，則AE=CF=

12

5

，DE=BF=

9

5

，
同理直角三角形ABC中，則EF=BD-DE-BF=

7

5

，
在平面ABD內，過F作FH∥AE，且FH=AE，連接AH，易得四邊形AEFH為矩形，
則AH=EF=

7

5

，AH∥EF，
FH⊥DB，又CF⊥DB，即有∠CFH為二面角C-BD-A的平面角，且為60°，
即CH=CF=

12

5

，
由BD⊥平面CFH，得到BD⊥CH，
即有AH⊥CH，
則AC=

AH2+CH2

193

5

故⑤錯誤；
故答案為：①②③④

點評：本題考查了平面與立體幾何的關系，考查了三棱錐中線線關系，二面角以及三棱錐的外接球的表面積，較綜合，屬于中檔題，