本题导读

本题考查四面体中垂直关系的证明,以及体积比的计算。核心在于利用等腰三角形与直角三角形的性质证明线线垂直。

📌【题干】

Question

(2017年全国卷III(文)) 如图,四面体 中, 是正三角形,.

(1) 证明:;

(2) 已知 是直角三角形,,若 为棱 上与 不重合的点,且 ,求四面体 与四面体 的体积比.

🔍【思路分析】

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  1. 第(1)问:取 中点 ,证明 且 ,从而 平面 。
  2. 第(2)问:利用 确定 的位置,结合 及直角三角形条件计算 分 的比例,体积比等于底面积(或高)之比。

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2)

✍【详细解析】

Abstract

(1) 取 的中点 ,连接 、。 因为 是正三角形,所以 ; 因为 , 为等腰三角形,所以 。 又 ,故 平面 。 因为 平面 ,所以 。

(2) 取 的中点 ,以 为原点建立空间直角坐标系。 设 ,则 ,。 是正三角形,故 在 的垂直平分面上,,可取 。 是等腰直角三角形(,直角在 ), 为斜边,故 也在 的垂直平分面上,且 ,可取 。 此时 ,,满足 。 设 在 上,,其中 。 ,。 由 ,得 : ,即 ,解得 或 。 因为 与 不重合,故 ,即 是 的中点。 四面体 与 共底 ,且 、 到平面 的距离之比等于 。 故体积比 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:线线垂直证明、空间几何体体积比。
  2. 核心方法:等腰三角形”三线合一”、共底体积比转底边长比。
  3. 避坑指南:第(1)问要找准”三线合一”的两条高线,进而证明线面垂直。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:高考立体几何垂直与体积综合题。
  2. 结论推广:共底的两个四面体体积比等于第三个顶点到底面的距离之比。

🔗【关联脉络】

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