本题导读
本题考查线面平行的判定,以及三角形中位线。
📌【题干】
Question
(2011年北京卷(文)) 如图,在四面体 中,,,点 ,,, 分别是棱 ,,, 的中点.
(1) 求证: 平面 ;
(2) 求证:四边形 为矩形;
(3) 是否存在点 ,到四面体 六条棱的中点的距离相等?说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
- 步骤1:(1) 中位线
- 步骤2:(2) 两组对边分别平行于 、
- 步骤3:且
- 步骤4:(3) 取矩形 中心
✅【答案】
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(1) 见解析
(2) 四边形 为矩形
(3) 存在,取矩形 的中心即可
✍【详细解析】
Abstract
(1) 在 中,、 分别是 、 的中点,故 。
平面 , 平面 ,所以 平面 。
(2) 同理:( 中位线),故 ;( 中位线),( 中位线),故 。
为平行四边形。又 ,、,故 ,所以 为矩形。
(3) 存在。先指出 :以 为原点,设 、、 对应向量 、、。由 :;由 :。两式展开相减可得 ,于是 ,即 。
设 为 中点、 为 中点。取 满足 ,则 是 与 的中点(),即矩形 的中心。
六个中点相对 的向量分别为:
,,,,,。
利用 ,逐一计算模的平方:
,其余五个同理(展开后两两交叉项恰好合并为同一结果),故 到六条棱的中点距离相等。
综上,存在满足条件的点 ,即矩形 的中心。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:线面平行的判定定理;中位线的传递性;矩形的判定(一组角为直角的平行四边形);六棱中点共球
核心方法:中位线是平行的桥梁:把空间垂直关系 平移到中点四边形;等距点用对称性(四面体重心)验证
避坑指南:(2) 中必须先证两组对边平行(是平行四边形),再证一个角是直角;只证 不够。(3) 中矩形中心到 等距可直接由对角线性质得出,但到 、 中点等距需借助对棱互相垂直说明,不能想当然。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:四面体中点四边形是立体几何证明题的经典模型,与 2012-江苏卷-16(面面垂直与线面平行)、2013-山东卷文-19(线面平行面面垂直)同族。
结论推广:推广:任意四面体的六棱中点构成八面体;当且仅当三组对棱互相垂直时,该八面体各顶点共球(球心为四面体重心)。本题条件给出两组对棱垂直,第三组自动成立。
方法推广:立体几何证明题:中点条件 → 中位线平行;“垂直关系沿平行线传递”是第(2)问的核心;存在性问题先给出构造(取矩形中心),再验证性质。
🔗【关联脉络】
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