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2017 年全国高中数学联赛一试(B 卷) · 第 5 题
F2填空题截面与折叠
在正四面体 ABCD 中,E,F 分别在棱 AB,AC 上,满足 BE=3,EF=4,且 EF 与面 BCD 平行,则 △DEF 的面积为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
确定原棱长后,侧面余弦定理可求 DE,DF,再利用等腰三角形的中线即高求面积。
解答
由于 EF 位于平面 ABC 内且平行于平面 BCD,两平面的交线为 BC,故 EF∥BC。于是 △AEF∼△ABC。正四面体各面均为正三角形,所以
AE=AF=EF=4,AB=AE+BE=7.
又 AD=AC=7、∠DAE=∠DAF=60∘,由余弦定理,
DE2=AD2+AE2−2AD⋅AEcos60∘=49+16−28=37,
同理 DF2=37。设 H 为 EF 的中点,则 DH⊥EF,且
EH=2,DH=DE2−EH2=33.
因此所求面积为 SDEF=21EF⋅DH=233。
复核
E,F 分别按 4:3 分割 AB,AC,均在棱内部。以边长 37,37,4 计算海伦公式,也得面积平方为 132,与正文一致。
方法总结
正四面体中的平行截线可先还原为正三角形相似;面积计算随后落到两个侧面余弦定理与等腰三角形高。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
线面平行先还原平行截线并确定棱长,随后侧面余弦定理和等腰三角形高直接求面积。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:四点共圆与相似、正弦定理与余弦定理