(本题满分14分)
(1)如图,
对于任一给定的四面体,找出依次排列的四个相互平行的平面使得,且其中每相邻两个平面间的距离都相等;
(2)给定依次排列的四个相互平行的平面,其中每相邻两个平面间的距离都为1,若一个正四面体的四个顶点满足:,求该正四面体的体积。
(1)如图所示,
取的三等分点,的中点,的中点,过三点,作平面,
过三点作平面,因为,所以平面∥平面,
再过点分别作平面与平面平行,那么四个平面,,,依次相互平行,
由线段被平行平面截得的线段相等知,其中每相邻两个平面间的距离相等。
故为所求平面。
(2)如图,现将此正四面体置于一个正方体中(或者说,
在正四面体的四个面外侧各镶嵌一个直角正三棱锥,得到一个正方体),分别是的中点,
和是两个平行平面,若其距离为,则四面体即为满足条件的正四面体.
如图是正方体的上底面,现设正方体的棱长为,
若,则有,。
据,得,
于是正四面体的棱长,其体积。(即等于一个棱长为的正方体割去四个直角正三棱锥后的体积)
如图为三个平行的平面,平面间距离相等,直线与三个平面的交点为,则。由此可得题目所求这四个平面应有的性质:平面与棱的交点为等分点。
本题考查正四面体体积和四面体的相关位置关系。
(1)将直线三等分,其中另两个分点依次为,,连接,,作平行于,的平面,分别过,,即为,。同理,过点,作平面,即可得出结论。
(2)可设正方体的棱长为,若,则有,,又可由三角形相似得,可解出,继而可求出棱长,从而可求出体积。