每日一题[3065]表面距离

已知正四面体 $ABCD$ 的棱长为 $2$,点 $M, N$ 分别为 $\triangle A B C$ 和 $\triangle A B D$ 的重心,$P$ 为线段 $C N$ 上一点,则下列结论正确的是(       )

A.若 $A P+B P$ 取得最小值,则 $C P=P N$

B.若 $C P=3 P N$,则 $D P \perp A B C$

C.若 $D P \perp$ 平面 $A B C$,则三棱锥 $P-A B C$ 外接球的表面积为 $\dfrac{27 \pi}{2}$

D.直线 $M N$ 到平面 $A C D$ 的距离为 $\dfrac{2 \sqrt{6}}{9}$

答案    BCD.

解析    如图.

对于选项 $\boxed{A}$,由于 $CN\perp ABD$,于是 $A,B$ 在 $CN$ 上的投影均为 $N$,因此\[AP+BP\geqslant AN+BN,\]等号当 $P=N$ 时取得,选项错误;

对于选项 $\boxed{B}$,连接 $DM$ 与 $CN$ 交于点 $O$,则 $O$ 为正四面体 $ABCD$ 的中心,此时由 $CP=3PN$ 可得 $P=O$,因此 $DP\perp ABC$,选项正确;

对于选项 $\boxed{C}$,若 $DP\perp ABC$,则 $P=O$,此时三棱锥 $P-ABC$ 的外接球球心 $O'$ 在直线 $DM$ 上,设 $\overline{MO'}=x$,而 $AM=\dfrac{2}{\sqrt 3}$,于是\[AM^2+MO'^2=OO'^2\iff \dfrac 43+x^2=\left(x+\dfrac{1}{\sqrt 6}\right)^2\iff x=\dfrac{7}{2\sqrt 6},\]此时所求表面积为\[4\pi\cdot OO'^2=\dfrac{27\pi}2,\]选项正确;

对于选项 $\boxed{D}$,直线 $MN$ 与平面 $ACD$ 平行,因此\[d(MN,ACD)=d(M,ACD)=\dfrac{[\triangle ACM]}{[\triangle ACD]}\cdot d(D,ACM)=\dfrac13\cdot \dfrac{2\sqrt 6}3=\dfrac{2\sqrt 6}9,\]选项正确.

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

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