∫π每天一道数学题
  1. 已知三棱锥 A−BCDA-BCD,AD=AB=AC=22AD=AB=AC=2\sqrt{2},BD=BC=2BD=BC=2,DC=23DC=2\sqrt{3},则它的底面 BCDBCD 的面积为 ‾\underline{\qquad},体积为 ‾\underline{\qquad}。

参考解析

先求底面 △BCD\triangle BCD 的面积。

BC=2BC=2,BD=2BD=2,DC=23DC=2\sqrt{3}。

△BCD\triangle BCD 是等腰三角形,BC=BD=2BC=BD=2,DC=23DC=2\sqrt{3}。

由余弦定理:cos⁡∠CBD=BC2+BD2−DC22⋅BC⋅BD=4+4−128=−48=−12\cos\angle CBD=\frac{BC^2+BD^2-DC^2}{2\cdot BC\cdot BD}=\frac{4+4-12}{8}=\frac{-4}{8}=-\frac{1}{2}。

∠CBD=2π3=120°\angle CBD=\frac{2\pi}{3}=120°。

S△BCD=12⋅BC⋅BD⋅sin⁡∠CBD=12⋅2⋅2⋅32=3S_{\triangle BCD}=\frac{1}{2}\cdot BC\cdot BD\cdot\sin\angle CBD=\frac{1}{2}\cdot 2\cdot 2\cdot\frac{\sqrt{3}}{2}=\sqrt{3}。

再求高。AA 到底面 BCDBCD 的距离为 hh。

AD=AB=AC=22AD=AB=AC=2\sqrt{2},即 AA 到底面三个顶点距离相等,AA 在底面 BCDBCD 上的投影为 △BCD\triangle BCD 的外心。

先求 △BCD\triangle BCD 的外接圆半径 RR。由正弦定理:DCsin⁡∠CBD=2R\frac{DC}{\sin\angle CBD}=2R。

2R=2332=42R=\frac{2\sqrt{3}}{\frac{\sqrt{3}}{2}}=4,R=2R=2。

h=AD2−R2=8−4=2h=\sqrt{AD^2-R^2}=\sqrt{8-4}=2。

体积 V=13S△BCD⋅h=13⋅3⋅2=233V=\frac{1}{3}S_{\triangle BCD}\cdot h=\frac{1}{3}\cdot\sqrt{3}\cdot 2=\frac{2\sqrt{3}}{3}。

底面面积为 3\sqrt{3},体积为 233\frac{2\sqrt{3}}{3}。

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