Question

如圖，一個(gè)等腰直角三角形的硬紙片△ABC中，∠ACB=90°，AC=4cm，CD是斜邊上的高，沿CD把△ABC折成直二面角．
（1）如果你手中只有一把能夠量長(zhǎng)度的直尺，應(yīng)該如何確定A、B的位置，使得二面角A-CD-B是直二面角？證明你的結(jié)論．
（2）試在平面ABC上確定一點(diǎn)P，使DP與平面ABC內(nèi)任意一條直線垂直，證明你的結(jié)論．
（3）如果在折成的三棱錐內(nèi)有一個(gè)小球，求出球的半徑的最大值．

Answer 1

【答案】分析：（1）由已知可以得出∠ADC為二面角A-CD-B的平面角，在等腰直角三角形ADB中，求出AB即為所量得的數(shù)值．
（2）判斷出三棱錐D-ABC是正三棱錐，取△ABC的中心P，連DP，則DP滿足條件．
（3）小球半徑最大時(shí)，此時(shí)小球與三棱錐的四個(gè)面都相切設(shè)，小球的球心為O，半徑為r，連接OA，OB，OC，OD將三棱錐分成四個(gè)小三棱錐，且以原三棱錐的面作為底面，公共頂點(diǎn)為O，高均為r．利用等體積法求出r．
解答：解：（1）用直尺度量折后的AB長(zhǎng)，若AB=4cm，則二面角A-CD-B是直二面角
∵△ABC是等腰直角三角形，
∴AD=DB=
又∵AD⊥DC，BD⊥DC，
∴∠ADC為二面角A-CD-B的平面角
在等腰直角三角形ADB中，AB=AD=4．（4分）
（2）由（1）知△ABC此時(shí)為正三角形，
取△ABC的中心P，連DP，則DP滿足條件．
∵△ABC此時(shí)為正三角形，且AD=DB=DC
∵三棱錐D-ABC是正三棱錐，由P為△ABC的中心知DP⊥面ABC
∴DP與平面ABC內(nèi)任意一條直線垂直（8分）
（3）當(dāng)小球半徑最大時(shí)，此時(shí)小球與三棱錐的四個(gè)面都相切，設(shè)該小球的球心為O，半徑為r，連接OA，OB，OC，OD三棱錐被分成了四個(gè)小三棱錐，且每個(gè)小三棱錐中有一個(gè)面上的高都為r故有V_A-BCD=V_O-BCD+V_O-ADC+V_O-ABD+V_O-ABC，所以S_△ADB×CD=（S_△BCD+S_△ADC+S_△ABD+S_△ABC）×r，而易得S_△BCD=S_△ADC=S_△ABD=8，S_△ABC=4
代入得小球的半徑最大值為r=（14分）
點(diǎn)評(píng)：本題考查二面角的大小度量、正棱錐的性質(zhì)，等體積轉(zhuǎn)化的方法．考查空間想象、轉(zhuǎn)化、計(jì)算能力．