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2010 年中科大少年班初试 · 第 4 题
F2选择题立体几何基础知识
在正四棱锥P−ABCD中,B1,D1分别为侧棱PB,PD的中点,则四面体AB1CD1的体积与四棱锥P−ABCD的体积之比为( )。
A. 1:6 B. 1:5 C. 1:4 D. 1:3
解析
思路
体积比可用同一正交坐标下的混合积,底面尺度和锥高最后相消。
解答
设底面四点为 A=(−1,−1,0),B=(1,−1,0),C=(1,1,0),D=(−1,1,0),顶点 P=(0,0,h),h>0。则 B1=(1/2,−1/2,h/2),D1=(−1/2,1/2,h/2)。从 A 出发三向量 C−A,B1−A,D1−A 的行列式绝对值为 2h,故四面体体积为 h/3。原棱锥体积为 4h/3,于是 VAB1CD1:VP−ABCD=1:4,选 C。
复核
两中点高度均为 h/2,但四面体并非只按一条高缩半,须连同底部结构一起计量。比值与所取底边二及高度无关,原正棱锥的相似缩放不影响结果。
方法总结
多条分点构成的新四面体,可用仿射坐标求与原立体的体积比,不能只看某一个高度。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
须自行沿AC分割,并在截面PBD中由中位线求面积比;原行列式路线另核工具先修。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:行列式与面积、体积比
专题卡:用同底同高与分点比例代替绝对长度