每日一题[3070]空间管理大师

下列物体中,能够被整体放入棱长为 $1$(单位:$\rm m$)的正方体容器(容器壁厚度忽略不计)内的有(       )

A.直径为 $0.99~{\rm m}$ 的球体

B.所有棱长均为 $1.4~{\rm m}$ 的四面体

C.底面直径为 $0.01~{\rm m}$,高为 $1.8~{\rm m}$ 的圆柱体

D.底面直径为 $1.2~{\rm m}$,高为 $0.01~{\rm m}$ 的圆柱体

答案    ABD.

解析    对于选项 $\boxed{A}$,将球体的球心与正方体的中心重合即可;

对于选项 $\boxed{B}$,将正四面体的中心与正方体的中心重合,由于正四面体补形后的外接平行六面体(为正方体)的棱长为 $\dfrac{1.4}{\sqrt 2}<1$,因此可以放置;

对于选项 $\boxed{C}$,考虑正方体的体对角线长度为 $\sqrt 3<1.8$,因此圆柱体上下底面的中心无法同时放置在正方体容器中;

对于选项 $\boxed{D}$,为了看清楚截面,我们作沿着正方体 $ABCD-A_1B_1C_1D_1$ 的体对角线 $BD_1$ 方向的正投影,并将截面多边形的变化过程绘图如下:

考虑截面为六边形(此六边形的每个内角都是 $120^\circ$,且六条边为三条长边和三条短边,当长短边相等时为正六边形),点 $B$ 的投影到六边形的三条长边的距离恰好为 $r$ 的情形,此时长边长为\[\left(\dfrac{\sqrt 6}3-r\right)\cdot \sqrt 6\cdot \sqrt 2=2\sqrt 2-2\sqrt 3r,\]短边长为 $2\sqrt 3r-\sqrt 2$,在底面 $ABCD$ 上这两条边的距离为\[\dfrac 12\left(\left(2\sqrt 2-2\sqrt 3r\right)-\left(2\sqrt 3r-\sqrt 2\right)\right)=\dfrac32\sqrt 2-2\sqrt 3r,\]因此对应截面之间的距离为\[\left(\dfrac 32\sqrt 2-2\sqrt 3r\right)\cdot \cos\angle DBD_1=\left(\dfrac 32\sqrt 2-2\sqrt 3r\right)\cdot\dfrac{\sqrt 2}{\sqrt 3}=\sqrt 3-2\sqrt 2r,\]所以当底面直径为 $1.2$ 时,可以放置高为\[\sqrt 3-2\sqrt 2\cdot 0.6=0.035\cdots\]的圆柱体.

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

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