本题导读
本题考查空间中的距离,以及正四面体的性质。
📌【题干】
Question
(2022年北京卷) 已知正三棱锥 的六条棱长均为 , 是 及其内部的点构成的集合。设集合 ,则 表示的区域的面积为 ()
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
本题考查立体几何中的距离问题与平面图形面积的计算。
题目要求满足 的点 构成的区域面积。由于点 在空间中,而点 在底面 上,直接处理斜线段 的长度不方便。
核心思路(体现简化):
找到点 在底面 上的体现点 ,连接 。
在直角 中,利用勾股定理将空间距离限制 转化为平面距离限制 。
判定该平面距离限制在 内部构成的图形(一个圆),并计算其面积。注意:严谨的解法还需要验证该圆是否超出了 的边界。
✅【答案】
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B
✍【详细解析】
Abstract
第一步:求棱锥的高
设点 在面 内的体现为点 。因为正三棱锥的六条棱长均为 (实际上这就是一个正四面体),所以点 是正 的中心(也是外心、重心等)。
连接 , 为正 外接圆的半径。
正 的高为 。
根据重心的性质, 占高的 ,即:
在直角 中,由勾股定理可求得棱锥的高 :
第二步:转化空间距离条件
已知点 在面 内,连接 。因为 面 ,所以 ,即 为直角三角形。
根据勾股定理:。
由题意 ,即 ,代入可得:
这意味着,满足条件的点 构成的集合,在平面 上是以 为圆心,半径 的圆及其内部区域。
第三步:边界检验与面积计算(严谨性补充)
题目明确规定 ,即 必须在 及其内部。我们需要验证以 为圆心、 为半径的圆是否完全在 内部。
点 到正 任意一边的距离 (即内切圆半径)等于高的 :
因为圆的半径 ,所以该圆完全包含在 内部,没有被截断。
因此,集合 表示的区域就是一个完整的圆。
其面积为:
故选:B。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
立体几何的简化思想:处理空间中一点到平面内动点的距离限制问题时,最有效的方法是作垂线找体现,利用勾股定理将空间斜线段的限制转化为底面体现线段的限制。本题 就是最经典的转化。
正四面体的基本数据:对于棱长为 的正四面体,学生应熟练记忆其几个关键数据:底面外接圆半径 ,底面内切圆半径 ,高 。熟记这些可以极大提高解题速度。
边界检验的陷阱:本题较为仁慈,计算出的圆完全在三角形内部。如果题目将条件修改为 ,此时 ,由于 ,圆就会超出三角形边界,面积的计算就需要用到弓形面积相减的复杂几何知识了。因此,养成检验边界的习惯是冲击高分的关键。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
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