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近日,笔者在琢磨2005年全国高考题的时候,一不留神发现“2005年全国Ⅱ文理第16题”的答案有问题,现将理由简述如下,与大家共勉.
原题再现: 下面关于三棱锥的四个命题:
① 底面是等边三角形,侧面与底面所成的二面角都相等的三棱锥是正三棱锥.
② 底面是等边三角形,侧面都是等腰三角形的三棱锥是正三棱锥.
③ 底面是等边三角形,侧面的面积都相等的三棱锥是正三棱锥.
④ 侧棱与底面所成的角都相等,且侧面与底面所成的二面角都相等的三棱锥是正三棱锥.
其中真命题的编号是 .(写出所有真命题的编号)
参考答案: ①④
事实上,①是错误的!只不过不容易发现而已!
常规理由: 顶点在底面的射影是内心,又底面是等边三角形,故为中心.
反驳理由: 事实上,三棱锥侧面与底面所成的二面角相等,顶点在底面内的射影可以是底面三角形的内心,也可以是旁心.
现证明如下:
图1 如图1,在三棱锥S-ABC中,△ABC是等边三角形,顶点S在底面内的射影O是△ABC的一个旁心,⊙O与△ABC三边的切点分别为M、N,K
所以 OM⊥BC,
ON⊥AB, OK⊥AC
连结SM,SN,SK,则
SM⊥BC, SN⊥AB, SK⊥AC
所以 ∠SMO,∠SNO,∠SKO分别是三棱锥S-ABC各侧面与底面所成二面角的平面角
显然,Rt△SMO≌Rt△SNO≌Rt△SKO
所以 ∠SMO=∠SNO=∠SKO,即三棱锥S-ABC各侧面与底面所成二面角相等.
此时,显然三棱锥S-ABC不是正三棱锥!
说明:(1) 由“不共线三点确定一个平面.”知,此处将“侧面、底面”理解为“侧面、底面所在的平面”是没有问题的!
(2) 旁心是三角形旁切圆的圆心;是三角形两个外角平分线的交点;一个三角形有三个旁心.
补救措施: 将①表述为“底面是等边三角形,侧面与底面所成的二面角相等”, 且顶点在底面内的射影在底面三角形内 的三棱锥是正三棱锥!
引申问题: (1) 已知P是△ABC所在平面α外一点,O是点P在平面α内的射影;
1) 若平面PAB、PBC、PCA与平面α所成的二面角相等,且O在△ABC内,则O是△ABC的 ;
2) 若平面PAB、PBC、PCA与平面α所成的二面角相等,则O是△ABC的 .
(2) 在空间中,到△ABC三边所在直线距离都相等的点的集合是()
(A) 四条直线. (B) 三条直线.
(C) 二条直线. (D) 一条直线.
参考答案:(1) 1) 内心; 2) 内心或旁心.(2)A.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
原题再现: 下面关于三棱锥的四个命题:
① 底面是等边三角形,侧面与底面所成的二面角都相等的三棱锥是正三棱锥.
② 底面是等边三角形,侧面都是等腰三角形的三棱锥是正三棱锥.
③ 底面是等边三角形,侧面的面积都相等的三棱锥是正三棱锥.
④ 侧棱与底面所成的角都相等,且侧面与底面所成的二面角都相等的三棱锥是正三棱锥.
其中真命题的编号是 .(写出所有真命题的编号)
参考答案: ①④
事实上,①是错误的!只不过不容易发现而已!
常规理由: 顶点在底面的射影是内心,又底面是等边三角形,故为中心.
反驳理由: 事实上,三棱锥侧面与底面所成的二面角相等,顶点在底面内的射影可以是底面三角形的内心,也可以是旁心.
现证明如下:
图1 如图1,在三棱锥S-ABC中,△ABC是等边三角形,顶点S在底面内的射影O是△ABC的一个旁心,⊙O与△ABC三边的切点分别为M、N,K
所以 OM⊥BC,
ON⊥AB, OK⊥AC
连结SM,SN,SK,则
SM⊥BC, SN⊥AB, SK⊥AC
所以 ∠SMO,∠SNO,∠SKO分别是三棱锥S-ABC各侧面与底面所成二面角的平面角
显然,Rt△SMO≌Rt△SNO≌Rt△SKO
所以 ∠SMO=∠SNO=∠SKO,即三棱锥S-ABC各侧面与底面所成二面角相等.
此时,显然三棱锥S-ABC不是正三棱锥!
说明:(1) 由“不共线三点确定一个平面.”知,此处将“侧面、底面”理解为“侧面、底面所在的平面”是没有问题的!
(2) 旁心是三角形旁切圆的圆心;是三角形两个外角平分线的交点;一个三角形有三个旁心.
补救措施: 将①表述为“底面是等边三角形,侧面与底面所成的二面角相等”, 且顶点在底面内的射影在底面三角形内 的三棱锥是正三棱锥!
引申问题: (1) 已知P是△ABC所在平面α外一点,O是点P在平面α内的射影;
1) 若平面PAB、PBC、PCA与平面α所成的二面角相等,且O在△ABC内,则O是△ABC的 ;
2) 若平面PAB、PBC、PCA与平面α所成的二面角相等,则O是△ABC的 .
(2) 在空间中,到△ABC三边所在直线距离都相等的点的集合是()
(A) 四条直线. (B) 三条直线.
(C) 二条直线. (D) 一条直线.
参考答案:(1) 1) 内心; 2) 内心或旁心.(2)A.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文