每日一题[28] 正四面体的投影

这是2006年高考数学浙江理14题,找到运动中的分界点进行恰当的分类讨论是其中的关键之处.

正四面体\(ABCD\)的棱长为\(1\),棱\(AB\parallel\)平面\(\alpha\),则正四面体上的所有点在平面\(\alpha\)内的射影构成的图形的面积的取值范围是________.


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如图,不妨将四面体的棱\(AB\)平移到平面\(\alpha\)内,设四面体的顶点\(C\)、\(D\)在平面\(\alpha\)内的射影分别为\(P\)、\(Q\),\(PQ\cap AB=M\),则\(M\)是\(AB\)的中点.

当点\(P\)和点\(Q\)分别在\(AB\)的两侧时,所求射影面积为

\[\dfrac 12PQ\cdot AB \leqslant \dfrac 12 CD\cdot AB=\dfrac 12,\]

当且仅当\(CD\parallel\alpha\)时取得等号.

当点\(P\)和点\(Q\)在\(AB\)的同侧时,所求射影面积为

\[\dfrac 12\cdot\max\{MP,MQ\}\cdot AB\geqslant \dfrac 12d\{CD,AB\}\cdot AB=\dfrac{\sqrt 2}4,\]

当且仅当\(CD\perp\alpha\)时取得等号.

因此所求射影面积的取值范围是\(\left[\dfrac{\sqrt 2}4,\dfrac 12\right]\).

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