精英家教網(wǎng)數(shù)學(xué)課上,張老師用六根長度均為a的塑料棒搭成了一個正三棱錐(如圖所示),然后他將其中的兩根換成長度分別為在
2
a
3
a
的塑料棒、又搭成了一個三棱錐,陳成同學(xué)邊聽課邊動手操作,也將其中的兩根換掉,但沒有成功,不能搭成三棱錐,如果兩人都將BD換成了長為
3
a
的塑料棒.
(1)試問張老師換掉的另一根塑料棒是什么,而陳成同學(xué)換掉的另一根塑料棒又是什么?請你用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識解釋陳成同學(xué)失敗的原因;
(2)試證:平面ABD⊥平面CBD;
(3)求新三棱錐的外接球的表面積.
分析:(1)假定陳成同學(xué)換掉的是AC,然后根據(jù)換掉后的各邊的長度及各個面三角形的形狀推出在三角形BED中,BE+DE=BD這一矛盾來,,以之來解釋陳成同學(xué)失敗的原因.
(2)根據(jù)題目中的條件與同一性證出如圖中AF垂直于面BCD,然后再由面面垂直的判斷定理得出面面垂直即可.
(3)確定球心在直線AF上,然后在大圓面ABD上用半徑、弦長的一半、弦心距建立關(guān)于求半徑R的等式,從中求出球半徑R.再利用球的表面積公式計算出球的表面積.
解答:精英家教網(wǎng)解:(1)張老師換掉的另一根塑料棒是CD(或AD、BC、BA),而陳成同學(xué)換掉的另一根塑料棒是AC.(3分)
根據(jù)題意作出如圖所示的圖形,其中圖(1)表示陳
成同學(xué)想搭成的三棱錐,取AC中點E,連接BE、DE,
因AB2+CB2=AC2=2a2,所以BE是直角△ABC斜邊上的中線,得BE=
2
2
a
•,
同理,DE=
2
2
a
,
從而有BE+DE=
2
a<
3
a
•=BD,不能構(gòu)成三角形,
所以圖(1)錯誤.((5分))
證明:(2)如圖(2),不妨設(shè)張老師換掉的另一根塑料捧是CD,
取BD中點F,連接AF、CF,因△ABD是等腰三角形,
所以AF⊥BD,又△BCD是直角三角形.
所以CF=BF=DF.又AB=AC=AD,
所以△ABF≌△ACF,從而AF⊥CF,又CF與BD確定平面BCD,
所以AF⊥平面BCD.又AF?平面ABD,
所以平面ABD⊥平面CBD.(9分)
(3)由(2)可知:三棱錐的外接球的球心必在直線AF
上,設(shè)球半徑為R,因BF=
3
2
a
,AB=a,
∴AF=
1
2
a
,∴R2=(
3
2
a)2+(R-
1
2
a)2,R=a
,
所以新三棱錐的外接球的表面積S=4πa2.(12分)
點評:本題是一個能力題,考查答題者根據(jù)題目中的題設(shè)與要求證(求解)的結(jié)論來構(gòu)造相關(guān)圖形與選擇方法.對計算能力要求也較高.
練習(xí)冊系列答案
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(1)試問張老師換掉的另一根塑料棒是什么,而陳成同學(xué)換掉的另一根塑料棒又是什么?請你用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識解釋陳成同學(xué)失敗的原因;
(2)試證:平面ABD⊥平面CBD;
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   (1)試問張老師換掉的另一根塑料棒是什么,而陳成同學(xué)換掉的另  一根塑料棒又是什么?

請你用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識解釋陳成同學(xué)失敗的原因;

   (2)試證:平面ABD⊥平面CBD;

   (3)求新三棱錐的外接球的表面積.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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   (1)試問張老師換掉的另一根塑料棒是什么,而陳成同學(xué)換掉的另一根塑料棒又是什么?請你用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識解釋陳成同學(xué)失敗的原因;

   (2)試證:平面ABD⊥平面CBD;

   (3)求新三棱錐的外接球的表面積.

 

 

 

 

 

 

 

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