定比分点坐标公式在立体几何中的推广及应用.doc
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定比分点坐标公式在立体几何中的推广及应用①
临朐一中 胡廷国
一、问题的提出
《立体几何》P64例2推导出了棱台中截面面积公式:
.
观察此式,它与平面解析几何中的线段的中点公式在形式上是相似的,而中点公式又是定比分点坐标公式
,
中令得到的.
类似地,对于棱台的平行于底面的截面与上、下底面面积的关系是否有相同形式的结论呢?即
是否成立?其中的意义如何?下面就讨论这个问题.
二、结论及证明
设棱台的上、下底面的面积分别为、,平行于底面的截面面积为,且该截面分棱台的高所成两部分之比为(自上而下),那么
.
证明:如图,设棱台,相应的棱锥为,截面交棱台各侧棱于、、,其中,所以.
因为,,
所以,.
则 ①
②
由①②式消去得.
所以.
故结论成立.
三、几点说明
(1)由该结论我们可以棱台平行于底面的截面的位置求截面面积或据截面的面积确定其位置.由于此结论在形式上与熟悉的定比分点坐标公式形同,故易记.
(2)令,则棱台变棱锥并且有,即.
(3)令可得中截面面积公式.
(4)显然,该结论对于圆台仍然成立.
(5)有趣的是,若将题目中的高之比换做相应的侧棱之比,则仍有相同形式的结论.
四、应用
例 设棱台的高为,底面面积分别为、(),一平行于底面的截面面积是、的比例中项,求证:这截面与上底面的距离为.
证明:设截面分棱台的高所成两部分为(自上而下)且,,故须证明.
依上结论有: ①
又 ②
由①得 ③
因为,所以.
即. ④
将②③一并代入④整理得.
问题得证.
① 发表于中学数学杂志1993年第5期
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