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09立体几何初步★★★★☆
设四面体的六条棱的长分别为 11,11,11,11,2\sqrt{2} 和 aa,且长为 aa 的棱与长为 2\sqrt{2} 的棱异面,则 aa 的取值范围是( )
\begin{answer} A \end{answer}
\begin{solution} 设长为 aa 的一条棱为 ABAB,与之异面的长为 2\sqrt2 的棱为 CDCD,则另外四条棱 ACAC,ADAD,BCBC,BDBD 的长均为 11. 取 ABAB 的中点为原点,使 A=(−a2,0,0)A=(-\frac a2,0,0),B=(a2,0,0)B=(\frac a2,0,0). 由 AC=BC=1AC=BC=1 及 AD=BD=1AD=BD=1,可设 C=(0,u,v)C=(0,u,v),D=(0,s,t)D=(0,s,t),并有 u2+v2=s2+t2=1−a24u^2+v^2=s^2+t^2=1-\frac{a^2}{4}. 记 r=1−a24r=\sqrt{1-\frac{a^2}{4}},则 CC,DD 位于同一圆心为原点、半径为 rr 的圆上.
因为 CD=2CD=\sqrt2,由三角不等式得 2=∣CD∣≤∣C∣+∣D∣=2r\sqrt2=|CD|\leq|C|+|D|=2r,所以 2≤4−a22\leq4-a^2,即 a2≤2a^2\leq2. 若 a=2a=\sqrt2,则 CD=2rCD=2r,等号成立时 D=−CD=-C,四点 AA,BB,CC,DD 共面,不能构成非退化四面体,故必须有 a<2a<\sqrt2. 又棱长 a>0a>0,所以 0<a<20<a<\sqrt2.
反过来,任取 0<a<20<a<\sqrt2,则 2r>22r>\sqrt2,可在该圆上取两点 CC,DD,使 CD=2CD=\sqrt2 且 D≠−CD\ne-C,从而四点不共面并满足六条棱的长度条件. 因此 aa 的取值范围为 (0,2)(0,\sqrt2),故选 A. \end{solution}
A.
(0,2)(0,\sqrt{2})
B.
(0,3)(0,\sqrt{3})
C.
(1,2)(1,\sqrt{2})
D.
(1,3)(1,\sqrt{3})

2012 · 重庆 · 文 · 第 9 题 · 选择题

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