每日一题[648]无底三棱柱

2013年北京市海淀区一模:

设$l_1,l_2,l_3$为空间中互相平行且两两间的距离分别为$4,5,6$的直线.给出下列三个结论:
(1) 存在$A_i\in l_i$($i=1,2,3$),使得$\triangle A_1A_2A_3$是直角三角形;
(2) 存在$A_i \in l_i$($i=1,2,3$),使得$\triangle A_1A_2A_3$是等边三角形;
(3) 三条直线上存在四点$A_i$($i=1,2,3,4$),使得四面体$A_1A_2A_3A_4$为在一个顶点处的三条棱两两互相垂直的四面体.
其中,所有正确结论的序号是_______.


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分析与解 如图,设直线$l_1,l_2,l_3$分别为“无底之直三棱柱”的三条“侧棱”$AD,BE,CF$,且平面$ABC$与侧棱垂直,$AB=4$,$BC=5$,$CA=6$.
屏幕快照 2016-08-30 上午11.47.52(1) 当$A_1=A,A_2=B,A_3=C$时,$\angle A_1A_2A_3<\dfrac{\pi}2$;当$A_1$向下运动,$A_3$向上运动时,$\angle A_1A_2A_3$趋于${\pi}$;因此必然在某个时刻$\angle A_1A_2A_3=\dfrac{\pi}2$,命题成立;

(2) 取$A_2=B$,$A_1$位于$A$点上方且$A_1A=3$,$A_3=C$,则$A_1A_2=A_2A_3=5$,$A_1A_3>6$,此时$\angle A_1A_2A_3>\dfrac{\pi}3$;让$A_1,A_3$同时向上运动,且保持$A_1A_2=A_3A_2$,则$\angle A_1A_2A_3$趋于$0$,必然存在某个时刻$\angle A_1A_2A_3=\dfrac{\pi}3$,命题成立;

(3) 显然四个点中有两个点位于同一条直线上,设为$A_1,A_2$,另外两点分别落在其他两条直线上.$A_3,A_4$显然不可能为直角顶点,因此$A_1$或$A_2$为直角顶点,不妨设$A_1$为直角顶点,则$A_3A_1\perp A_1A_2$,$A_4A_1\perp A_1A_2$,因此$\angle A_3A_1A_4$为二面角的平面角,且其大小与$\triangle ABC$的某个内角相同,不可能为$\dfrac{\pi}2$.因此不可能存在符合题意的四面体.

综上所述,命题(1)(2)正确.

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