下面一道高一立體幾何題挺好的,記錄一下。
A選項(xiàng)全憑想像。當(dāng)液體體積是正方體體積一半時(shí)候,不管如何旋轉(zhuǎn)容器,液面總是經(jīng)過(guò)正方體的中心點(diǎn)。換句話說(shuō),經(jīng)過(guò)正方體的中心點(diǎn)的平面,總把正方體切成一模一樣(形狀一樣)的兩個(gè)部分,所以A是對(duì)的。
后面幾個(gè)選項(xiàng)的判斷需要用到如下一個(gè)很有用的結(jié)論。這個(gè)結(jié)論,我以前也講過(guò),可以搜索往期我的內(nèi)容。簡(jiǎn)單說(shuō),就是體對(duì)角線會(huì)垂直下面那個(gè)正三角形所在的平面,同時(shí)線面的交點(diǎn)P落在體對(duì)角線的一個(gè)三等分點(diǎn)上(如下用等積法證明)。
下面幾個(gè)圖畫(huà)出了與體對(duì)角線垂直的這個(gè)平面上移或者下移之后,切正方體的截面情況(也即該平面與正方體表面交線情況)。
B選項(xiàng),只要通過(guò)把體對(duì)角線BD1放置成豎直方向,那么在下圖的1,3情況下,是可以做出液面是正三角形的。但是中間第2種情況,液面是六邊形,無(wú)法做到正三角形,B錯(cuò)。
下面兩個(gè)圖想說(shuō)明C選項(xiàng),什么時(shí)候截面(即液面)面積最大,首先液面面積最大是出現(xiàn)在上面第2種情況下的。下圖中的第一個(gè)圖,從圖中添加的輔助先,可以看出,位置變化過(guò)程中,液面六邊形的周長(zhǎng)保持定值。
那么可以理解,當(dāng)六邊形為正六邊形的時(shí)候,面積最大(可以類(lèi)比長(zhǎng)方形周長(zhǎng)一定,則為正方形時(shí)候,面積最大)。求出最大面積如下,C選項(xiàng)對(duì)。同時(shí)說(shuō)明下,截面(液面)為正六邊形時(shí)候,剛好平分體對(duì)角線。
D選項(xiàng)的問(wèn)題一些同學(xué)讀不懂題目意思。我如果把正方體畫(huà)成如下圖,就比較好理解了。把體對(duì)角線BD1做成水平。想像一下,就好用一只手的拇指和中指頂著一個(gè)魔方的那兩個(gè)頂點(diǎn)B和D1,BD1保持水平,整個(gè)魔方可以在手中以BD1為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就滿足題意“液面恰好經(jīng)過(guò)某條體對(duì)角線...”
此時(shí)液面也必然經(jīng)過(guò)棱CD(或其他,由于對(duì)稱性考慮CD即可)。即求下圖D1Q+QB最小值(另外半邊對(duì)稱乘以2即可)。
詳細(xì)原理如下幾個(gè)圖,即空間版的將軍飲馬問(wèn)題。D選項(xiàng)也對(duì)。
Q剛好是中點(diǎn),Q'也是。此時(shí)周長(zhǎng)最小的液面是菱形。
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