每日一题[3955]补形与补角

将一个棱长都等于 $1$ 的正四棱锥的侧面和一个棱长都等于 $1$ 的正四面体的一个面重合在一起,得到的几何体的面数为(       )

A.$5$

B.$6$

C.$7$

D.$8$

答案    A.

解析    如图,$P-ABCD$ 为正四棱锥,$P-ABE$ 为正四面体.

直接计算    利用三射线定理,可得\[ \begin{cases} \cos\angle ABC=\cos\angle PBA\cdot\cos\angle PBC+\sin\angle PBA\cdot\sin\angle PBC\cdot \cos\langle A-PB-C\rangle ,\\ \cos\angle ABE=\cos\angle PBA\cdot\cos\angle PBE+\sin\angle PBA\cdot\sin\angle PBE\cdot\cos\langle A-BP-E\rangle ,\end{cases} \]于是\[\begin{cases} 0=\frac 12\cdot \frac 12+\frac{\sqrt 3}2\cdot \frac{\sqrt 3}2\cdot \cos\langle A-PB-C\rangle,\\ \frac 12=\frac 12\cdot \frac 12+\frac{\sqrt 3}2\cdot \frac{\sqrt 3}2\cdot \cos\langle A-PB-E\rangle,\end{cases}\]两式相加可得 $ \cos\langle A-PB-C\rangle+ \cos\langle A-PB-E\rangle=0$,于是这两个二面角互补,因此 $P,B,C,E$ 共面,所得几何体为三棱柱,面数为 $5$.

补形    在正四棱锥 $P-ABCD$ 的左侧并排放置一个一样的正四棱锥 $E-GFBA$,则侧面 $PBC$ 沿 $\overrightarrow{CB}$ 平移得到 $EFB$,因此 $P,B,C,E,F$ 共面 $^{[1]}$,以下略.

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