【高考数学】正四面体相关结论

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正四面体的性质及其应用举例
设棱长a 为的正四面体ABCD 的高为h ,内切球半径为r ,外接球半径为R ,体积为V ,则有下列结论:
3h a =
,3
12
V a =
,1412r h a ==
,344R h a ==, 10928AOB '∠≈,1
cos 3
AOB ∠=−
对边互相垂直,对边之间的距离为2
a .
正四面体内任意一点到四个面的距离之和为定值,即等于该正四面体的高. 例1.已知半径为1的球面上有,,A B C 三个点,且它们之间的球面距离均为3
π
,则球心O
到平面ABC 的距离为( )
2A
3B 1.2
C
7D
解:如图所示:1OA OB OC ===,又3
AB BC CA π
===
,球的半径为1,所以
3
AOB BOC COA π
∠=∠=∠=
,则1AB BC CA ===.所以为棱长为1的正
四面体,则由正四面体的性质得球心到平面ABC
的距离即为其高为3
,故选.B
例2.已知棱长为a 的正四面体ABCD 有内切球O ,经过该棱锥的中截面为M ,则O 到平面M 的距离为( )
6A a
12B a .4
a
C
8D a
B
解:直接运用正四面体的性质,内切球的半径为12
r a =
,中截面到底面的距离为高的一

6a ,则球O 到平面M
的距离为61212
a a a −=,故选.B 例3(2006年陕西卷)将半径为R 四个球两两相切放在桌面上,则上面一个球的球心到桌面的距离为 .
解:设四个球心分别为,,,A B C D ,则四面体ABCD
长为2R ,最上面的球心为D 到底面ABC 的距离为
3
R
所以最上面一个球的球心到桌面的距离为(1
R R R =+ . 例4(2006年山东卷):在等腰梯形ABCD
中(如图1),22,60,AB DC DAB E ==∠=为AC 的中点,将ADE ∆与BEC ∆ 分别沿ED 、EC 向上折起,使,A B 重合于P (如图2) ,则三棱锥P DEC − 的外接球的体积为( )
.
27A 2B π 8
C 24
D 解:三棱锥实质上是棱长为1的正四面体,则其外接球的体积为
3344(3348
V R πππ===,故选.C
例5(2006年湖南卷)棱长为2的正四面体的四个顶点都在同一个球面上,若过该球心的一个截面如图1,则图中三角形(正四面体的截面)的面积是( )
2A 2
B C D 图2
图1
解:由截面图形可知,正四面体恰好有两个顶点在球面上,且截面园经过其外接球的球心(正四面体的中心)由正四面体的对称性可知M 为AB 对棱CD 的中点, M 到AB 的距离即
为正四面体对棱之间的距离(公垂线的长度)2a ,所以1
222
ABC S ∆=⨯=.
2020.05.05。