本题导读
建系后 证 平面 ;四个面逐一找直角确认鳖臑;、,比值 4。
📌【题干】
Question
(2015年湖北卷(文))
《九章算术》中,将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为”阳马”,将四个面都为直角三角形的四面体称之为”鳖臑”.
如图,在阳马 中,侧棱 底面 ,且 ,点 是 的中点,连接 ,,.
(1) 证明: 平面 .试判断四面体 是否为鳖臑,若是,写出其每个面的直角(只需写出结论);若不是,请说明理由;
(2) 记阳马 的体积为 ,四面体 的体积为 ,求 的值.
🔍【思路分析】
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建系后 证 平面 ;四个面逐一找直角确认鳖臑;、,比值 4。
✅【答案】
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(1) 见解析;四面体 是鳖臑,四个直角为 、、、
(2)
✍【详细解析】
Abstract
(1) 设 ,,建立空间直角坐标系:,,,,。由 为 中点,。
于是 ,,。
,,故 ,。又 与 是平面 内相交直线,所以 平面 。
由 且 ,得 平面 ,故 ,即 ;又 。由 平面 得 、,即 、。
因此四面体 的四个面都是直角三角形,是鳖臑,四个直角为 ,,,。
(2) 设长方形 的面积 ,则 。
以 为底(面积 ), 到平面 的距离为 ,故 。
所以 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:直线与平面垂直的判定与性质;锥体体积公式
核心方法:空间向量坐标法证垂直;“同底换高”求四面体体积
避坑指南:①”鳖臑”四个面都要验直角,四角齐全才完整;② 的底面取 、高取 ( 是 中点),别用错高。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:以《九章算术》“阳马、鳖臑”新定义为背景的立体几何大题,是 2015 湖北卷数学文化命题的又一代表(与第 2 题呼应)。
结论推广:一般地, 为侧棱 中点时,以 为底 的高是 的一半,故 ;而 (同高、底为一半),故 ,与 , 的具体取值无关。
方法推广:立体几何新定义题:把定义翻译成”找直角/找垂直”的常规操作;体积比常用”换底换高”或中点倍分关系。
🔗【关联脉络】
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