Question

如图所示，圆柱的高为2，底面半径为，AE、DF是圆柱的两条母线，过AD作圆柱的截面交下底面于BC．
（1）求证：BC∥EF；
（2）若四边形ABCD是正方形，求证BC⊥BE；
（3）在（2）的条件下，求四棱锥A-BCE的体积．

Answer

（1）在圆柱中：由上底面∥下底面，知BC∥AD，由AE、DF是圆柱的两条母线，知ADFE是平行四边形，由此能够证明BC∥EF．
（2）由AE是圆柱的母线，知AE⊥下底面，由BC⊂下底面，知AE⊥BC．由此入手能够证明BC⊥BE．
（3）因为母线AE垂直于底面，所以AE是三棱锥A-BCE的高，EO就是四棱锥E-ABCD的高．设正方形ABCD的边长为x，则AB=EF=x，，由此利用题设条件，能够求出四棱锥A-BCE的体积．
（本题满分14分）
（1）证明：在圆柱中：∵上底面∥下底面，
且上底面∩截面ABCD=AD，下底面∩截面ABCD=BC，
∴BC∥AD…．（2分）
又∵AE、DF是圆柱的两条母线，
∴，∴ADFE是平行四边形，
所以AD∥EF，又BC∥AD
∴BC∥EF…．（5分）
（2）∵AE是圆柱的母线，
∴AE⊥下底面，又BC⊂下底面，∴AE⊥BC…．（7分）
又∵截面ABCD是正方形，所以BC⊥AB，
又AB∩AE=A，∴BC⊥面ABE，
又BE⊂面ABE，
∴BC⊥BE…（9分）
（3）因为母线AE垂直于底面，
所以AE是三棱锥A-BCE的高…（10分），
EO就是四棱锥E-ABCD的高…（10分）
设正方形ABCD的边长为x，则AB=EF=x，

又∵BC∥EF，且BC⊥BE，∴EF⊥BE，
∴BF为直径，即BF=
在Rt△BEF中，BF2=BE2+EF2
即，
∴SABCD=4×4=16，…（12分）
，
∴．
∴四棱锥A-BCE的体积===．…（14分）