每日一题[3037]方寸之间

数学中有许多形状优美、寓意独特的几何体,“勒洛四面体”就是其中之一.勒洛四面体是以正四面体的四个顶点为球心,以正四面体的棱长为半径的四个球的公共部分.如图,在勒洛四面体中,正四面体 $A B C D$ 的棱长为 $ 4$,则下列结论正确的是(       )

A.若 $P, Q$ 是勒洛四面体 $A B C D$ 表面上的任意两点,则 $P Q$ 的最大值是 $ 4$

B.勒洛四面体 $A B C D$ 被平面 $A B C$ 截得的截面面积是 $8(\pi-\sqrt{3})$

C.勒洛四面体 $A B C D$ 的体积是 $8 \sqrt{6} \pi$

D.勒洛四面体 $A B C D$ 内切球的半径是 $4-\sqrt{6}$

答案    ABD.

解析    对于选项 $\boxed{A}$,不妨设 $P$ 在曲面 $BCD$ 上,在曲面 $BCD$ 上作点 $T$,使 $AT\perp PQ$,过 $T$ 作平面 $\alpha$ 与曲面 $BCD$ 相切于点 $T$,过 $A$ 作平面 $\beta\parallel \alpha$,则勒洛四面体在平面 $\alpha$ 与 $\beta$ 之间,因此 $PQ\leqslant AT=4$(等号当 $P=T$ 时取得),选项正确.

对于选项 $\boxed{B}$,所求面积面积为以 $A$ 为圆心,圆心角为 $60^\circ$,半径为 $4$ 的扇形的 $3$ 倍,减去 $\triangle ABC$ 面积的 $2$ 倍,为\[\left(\dfrac 12\cdot \dfrac{\pi}3\cdot 4^2\right)\cdot 3-\left(\dfrac{\sqrt 3}4\cdot 4^2\right)\cdot 2=8\left(\pi-\sqrt 3\right),\]选项正确;

对于选项 $\boxed{C}$,正四面体 $ABCD$ 的外接球半径为 $\sqrt 6$,对应的体积为 $8\sqrt 6\pi$,而勒洛四面体 $A B C D$ 在正四面体 $ABCD$ 的外接球的内部(包含边界),因此体积小于 $8\sqrt 6\pi$,选项错误.

对于选项 $\boxed{D}$,勒洛四面体 $A B C D$ 内切球的球心为正四面体 $ABCD$ 的中心 $O$,又 $OD=\sqrt 6$,于是内切球半径为 $4-\sqrt 6$,选项正确.

综上所述,正确的选项为 $\boxed{A}$ $\boxed{B}$ $\boxed{D}$.

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