Question

如图，在四棱柱ABCD-A₁B₁C₁D₁中，已知底面ABCD是边长为的正方形，侧棱D₁D垂直于底面ABCD，且D₁D=3．
（1）点P在侧棱C₁C上，若CP=1，求证：A₁P⊥平面PBD；
（2）求三棱锥A₁-BDC₁的体积V．

Answer

（1）依题意可得PB=，A1P=2，A1B=，满足A1P2+PB2=A1B2，可得A1P⊥PB，进而可得A1P⊥PD，由线面垂直的判定定理可得结论；
（2）所求几何体的体积等于四棱柱的体积减去四个体积相等的三棱锥的体积，由数据分别求得体积作差可得答案．
【解析】
（1）依题意，CP=1，C1P=2，在Rt△BCP中，PB==，
同理可知，A1P==2，A1B== 
所以A1P2+PB2=A1B2，则A1P⊥PB，
同理可证，A1P⊥PD，
由于PB∩PD=P，PB⊂平面PBD，PD⊂平面PBD，
所以，A1P⊥平面PBD．
（2）如图，易知三棱锥A1-BDC1的体积等于四棱柱的体积减去四个体积相等的三棱锥的体积，
即=-4
=AB×AD×A1A-4×（AB×AD）×A1A
==2