直角三棱锥及几个性质 4页
直角三棱锥的几个性质我们已经学习过的直角三角形的性质有:性质1:RtΔ的垂心就是直角顶点。性质2:RtΔ的两个锐角互余。性质3:RtΔ两直角边的平方和等于斜边的平方。性质4:RtΔ中,斜边上的高是两条直角边在斜边上的射影比例中项;每条直角边是它在斜边上的射影和斜边的比例中项;由此,RtΔ两条直角边的平方比等于它们在斜边上的射影比。性质5:RtΔ两直角边的乘积,等于斜边与斜边上高的乘积。性质6:RtΔ斜边上的中线等于斜边的一半。(所以RtΔ的外接圆半径R=c=)。性质7:RtΔ的内切圆半径r==(a+b-c)。现在我们来探究一下直角三棱锥的性质。如图所示,在三棱锥P-ABC中,三条侧棱PA、PB、PC两两垂直,设PA=a,PB=b,PC=c。性质1:直角三棱锥的底面是锐角三角形。证明:∵PA、PB、PC两两垂直, ∴PA⊥面PBC,PB⊥面PCA,PC⊥面PAB, ∴面PAB、面PBC、面PCA两两垂直。作PH⊥面ABC于H,连CH并延长并交AB于D,连PD,则PH⊥AB,PH⊥CD,面PCD⊥面ABC;而PC⊥面PABPC⊥AB,所以AB⊥面PCD,∴AB⊥PD,AB⊥CH。同理,AH⊥BC,BH⊥CA。
由AB⊥面PCD知CD⊥AB,而PD⊥AB且∠APB=90°,∴∠ABC、∠CAB为锐角。同理,∠BCA也是锐角, 性质2:直角三棱锥顶点在底面的射影是底面三角形的垂心。证明:由AB⊥CH,AH⊥BC,BH⊥CA易知,H是ΔABC的垂心,由此可得:性质3直角三棱锥顶点到底面的距离为h则=++。证明:在RtΔPAB中,PD·AB=PA·PBPD=;在RtΔPCD中,CD=PD+PC=()+c=;在RtΔPCD中,PH⊥CD,∴PD·PC=CD·PHPH===,∴==++。性质4:直角三棱锥三条侧棱与底面所成角的正弦值的平方和等于1。(三条侧棱与底面所成角,和三个侧面与底面所成角互为余角。)证明:因PH⊥面ABC, ∴侧棱PC与底面ABC所成角为∠PCH=α,则有sin∠PCH=sinα===。 同理,侧棱PB与底面ABC所成角为∠PBH=β,sin∠PBH=sinβ=,侧棱PA与底面ABC所成角为∠PAH=γ,sin∠PBH=sinγ=,所以sinα+sinβ+sinγ=1。因此,性质5:直角三棱锥三个侧面与底面所成角的余弦值的平方和等于1。由AB⊥PD,AB⊥CD,∴侧面PAB与底面ABC所成角为∠PDC=θ,由PC⊥PD知θ+α=90°,∴sinα=sin(90°-θ)=cosθ。
类似推理,由sinα+sinβ+sinγ=1。易得:sinθ+sinδ+sin=1。 性质6:①底面内任一点到顶点距离的平方,等于它到三个侧面距离的平方和。如图,Q为底面ΔABC内任一点,作点Q到面PAB的距离为RQ=d,到面PBC的距离为RT=d,到面PCA的距离为RS=d,容易得到:PQ=RQ+RP=RQ+RT+RS=d+d+d?性质7:直角三棱锥底面三角形的面积S=。证明:底面三角形的面积S=AB·CD=·=, 性质8:直角三棱锥三个侧面面积的平方和,等于底面面积的平方。证明把S=S·S;S=S·S;S=S·S;这三个式子相加,得S=S+S+S。性质9:直角三棱锥外接球的半径R=。证明:将直角三棱锥补成长方体,则直角三棱锥的外接球也是长方体
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