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一个特殊四面体的性质探究


由正四面体的性质,运用联想类比的思想方法来探求直角四面体的性质。所谓直角四面体就是有一个三面角的各个面角都是直角的四面体。如图,四面体OABC在点O处的三个面角都是直角。所以四面体OABC是直角四面体。

直角四面体的性质:

① 直角四面体的对棱互相垂直.

证明:如图 OB ⊥ OC,OB ⊥ OA。

OB ⊥ 平面OAC, 又

,同理可得:

直角四面体的对棱互相垂直.

② 二面角A-OB-C、二面角A-OC-B、二面角B-OA-C都是直二面角.

证明:由(1)得OB ⊥ 平面OAC,

∠AOC是二面角A-OB-C的平面角,即二面角A-OB-C是直二面角。

同理可得:OC ⊥ 平面OAB,二面角A-OC-B是直二面角,

         OD ⊥ 平面OBC,二面角B-OA-C是直二面角。

③ 直角顶点O在底面上的射影H是△ABC的垂心.

证明:连结,并延长交,连结

由三垂线定理的逆定理得

同理,

④ S2△BOC=S△BHC·S△ABC

证明:   

     

      

.

证明:

         即

     

      同理,在

     

⑥ 不含直角的底面ABC是锐角三角形.

证明:设OA = a,OB = b,OC = c,则

     

      在中,由余弦定理得

     

所以∠BAC是锐角.同理可得∠ABC、∠ACB是锐角,所以△ABC是锐角三角形.

⑦ S2△BOC+S2△AOB+S2△AOC=S2△ABC(底面面积S△ABC=

证明:由(6)得:

     

     

     

         

         

⑧ 体积 V=.

证明:

⑨ 外接球半径 R= .

如图所示,以点O为长方体的一个顶点,OA、OB、OC为长方体的三棱作长方体OBEC-AFGH,则四面体OABC的外接球也是长方体OBEC-AFGH的外接球.设四面体OABC的外接球半径是R,则.

⑩ 内切球半径r=

设△OAB的面积是S1,△OAC的面积是S2,△OBC的面积是S3,△ABC的面积是S4,则

                     

由⑦得: .

由等体积原理得:

             

所以,内切球半径 r=

本文探究了直角四面体的一些有趣、优美的特性。在以后的学习中我们要学会挖掘一些特殊几何体的性质,以拓宽我们的数学思维。


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