為什麼正四面體頂點在底面的投影在底面三角形的中心呢?

時間 2021-05-30 14:14:47

1樓:劉醉白

下面我給出兩種方法,注意到正三角形的中心其實是垂心,也是外心,分別證明是這兩個即可。

第一種方法:

引理1.如果四面體的對稜互相垂直,那麼任一頂點到所對的底面三角形的投影是該三角形的垂心。

注:互為對稜的兩條稜沒有公共頂點,如四面體A–BCD的三對對稜是AB和CD,AC和BD,AD和BC。

證明:過頂點A做底面垂線交底面於H,AB⊥CD,AH⊥CD,AB∩AH=A,那麼CD⊥平面ABH,所以CD⊥BH,同理BC垂⊥DH,BD⊥CH,所以H是△BCD的垂心

在正四面體中A–BCD中

取CD中點E,連線BE和AE,則CD⊥BE,CD⊥AE,又AE∩BE=E,那麼CD⊥平面ABE,那麼CD⊥AB,同理得到正四面體另外兩對對稜互相垂直,根據引理1,正四面體頂點到底面三角形的投影是底面的垂心,因為正三角形的四心合一,所以是底面的中心。

注:根據引理1,可以證明:

如果三稜錐A-BCD的三條稜AB,AC,AD兩兩垂直,那麼頂點A在底面的投影是底面三角形BCD的垂心。

第二種方法:

引理2.三稜錐A-BCD的三條稜AB=AC=AD,那麼頂點A在底面的投影是底面三角形BCD的外心。

證明:設投影是O,那麼

△AOB≌△AOC≌△AOD,

所以OB=OC=OD

正四面體A-BCD的三條稜AB=AC=AD,所以頂點A在底面的投影是底面三角形BCD的外心。

2樓:開心就好

設某一正四面體為A-BCD,稜長為2a,則△BCD為正三角形,記BD中點為E,取△ACE在紙面觀察,過A點向CE引垂線,垂足為F,設CF=x,CE=√3a-x,AF=y,有CF+AF=AC,EF+AF=AE,得CF=2EF,換做BC,CE中點亦成立。且F為三角形BCD三條垂線和三條中線交點,易知F為△BCD中心(正三角形三心合一稱為中心)。所以投影是中心。

3樓:薛丁格的貓

為什麼不能再中心呢?

正四面體的底面是等邊三角形ABC

假設頂點投影不在底面中心

那麼頂點Q投影在底面的點P

這個點P到三角形ABC的三個點的距離不相等不妨設PA>PB≧PC

這樣設的目的是滿足至少兩條邊不想等

思考底面三角形ABC是等邊三角形

為什麼A點這麼特殊

我們把正四面體旋轉

使得原來A點在B,B點在C,C點在A

我想這是能做到的

因為這是正四面體

底面是等邊三角形

那麼原本的PA>PB≧PC

就變成PB>PC≧PA

這樣就產生矛盾了

故假設不成立

既頂點投影在底面中心

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