每日一题[3036]追踪轨迹

在 $ {\rm Rt}\triangle A B C$ 中,$B=\dfrac{\pi}{2}$,$A C=2 B C=4$,$D$ 为线段 $A C$ 的中点,如图,将 $\triangle A B D$ 沿 $B D$ 翻折,得到三棱锥 $P-B C D$(点 $P$ 为点 $A$ 翻折到的位置),在翻折过程中,下列说法正确的是(       )

A.$\triangle P B D$ 的外接圆半径为 $2$

B.存在某一位置,使得 $P D \perp B D$

C.存在某一位置,使得 $P B \perp C D$

D.若 $P D \perp D C$,则此时三棱锥 $P-B C D$ 的外接球的体积为 $\dfrac{32}{3} \pi$

答案    AD.

解析    对于选项 $\boxed{A}$,$\triangle PBD$ 的外接圆半径与 $\triangle ABP$ 的外接圆半径相同,为\[\dfrac 12\cdot \dfrac{AB}{\sin ADB}=\dfrac 12\cdot \dfrac{2\sqrt 3}{\sin120^\circ}=2,\]选项正确; 对于选项 $\boxed{B}$ 和选项 $\boxed{D}$,如图,设 $A$ 关于 $BD$ 的对称点为 $A_1$,则 $P$ 点在底面 $ABC$ 的投影 $Q$ 轨迹为线段 $AA_1$(不包含端点),此时 $PD\perp BD$ 和 $PB\perp CD$ 分别等价于 $QD\perp BD$ 和 $QB\perp CD$,均不可能(对于后者,当 $Q=A_1$ 时有 $BQ\perp CD$,但线段端点无法取得),如图.

对于选项 $\boxed{D}$,过 $D$ 作 $DC$ 的垂线交 $AA_1$ 于 $G$,则 $G$ 为 $P$ 在底面 $ABC$ 上的投影.设三棱锥 $P-BCD$ 的外接球球心为 $O$ 半径为 $ R $,在 $ O $ 在底面 $ ABC $ 上的投影为 $ \triangle BCD $ 的中心 $ O_1 $,则 $ O_1B=\dfrac{2}{\sqrt 3} $,$ O_1G=BD=2$,且\[PG=\sqrt{PH^2-HG^2}=\sqrt{3-\dfrac13}=\dfrac{2\sqrt 6}3,\]从而\[R^2=O_1O^2+O_1B^2=(PG-O_1O)^2+O_1G^2,\]解得 $O_1O=\dfrac{2\sqrt 6}3$,$R=2$,从而所求外接球的体积为 $\dfrac{4\pi R^3}3=\dfrac{32}3\pi$,选项正确.

综上所述,选项 $\boxed{A}$ $\boxed{D}$ 正确.

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