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正方体中三棱锥体积探究:以EF为线索的动态分析

要解决这个问题,我们首先需要理解题目所描述的空间几何结构,并计算出相关的长度和体积。

题目描述了一个棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1。E、F分别是棱A1B1、B1C1的中点。我们需要找到点P在线段EF上的条件下,三棱锥P-EFC的体积。

首先,确定各点的位置:
- 正方体的顶点坐标可以设为:A(0,0,0), B(2,0,0), C(2,2,0), D(0,2,0),
A1(0,0,2), B1(2,0,2), C1(2,2,2), D1(0,2,2)。
- E是A1B1的中点,因此E的坐标为(1,0,2)。
- F是B1C1的中点,因此F的坐标为(2,1,2)。

接下来,我们需要找出三棱锥P-EFC的体积。由于P位于线段EF上,我们可以假设P的坐标为一个关于E和F坐标的线性组合。但是,为了简化问题,我们可以直接使用几何方法来计算这个体积。

三棱锥P-EFC的底面是三角形EFC。由于E和F都是所在边的中点,三角形EFC是一个直角三角形,其直角位于E或F处。三角形EFC的两条直角边长度分别为1(从E到F沿x轴方向)和1(从E到F沿y轴方向),因此,三角形EFC的面积为 \( \frac{1}{2} \times 1 \times 1 = \frac{1}{2} \)。

三棱锥P-EFC的高是从点P到平面EFC的距离。因为P在线段EF上,所以这个高度实际上就是从E或F到平面EFC的垂直距离,也就是2(即正方体的高度)。

三棱锥的体积公式为 \( V = \frac{1}{3} \times \text{底面积} \times \text{高} \)。

将已知值代入,得到:
\[ V = \frac{1}{3} \times \frac{1}{2} \times 2 = \frac{1}{3} \]

因此,三棱锥P-EFC的体积为 \(\frac{1}{3}\) 立方单位。
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