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如图,四面体ABCD的各个面都是直角三角形,已知AB⊥BC,BC⊥CD,AB=a,BC=a,CD=c.

来源:学生作业帮 编辑:神马作文网作业帮 分类:综合作业 时间:2024/11/12 07:15:47
如图,四面体ABCD的各个面都是直角三角形,已知AB⊥BC,BC⊥CD,AB=a,BC=a,CD=c.
(1)若AC⊥CD,求证:AB⊥BD;
(2)求四面体ABCD的表面积.
如图,四面体ABCD的各个面都是直角三角形,已知AB⊥BC,BC⊥CD,AB=a,BC=a,CD=c.
(1)因为AC⊥CD,BC⊥CD,
所以CD⊥平面ABC,
又因为CD⊂平面BCD,
所以平面ABC⊥平面BCD,
因为AB⊥BC,平面ABC∩平面BCD=BC,
所以AB⊥平面BCD,
所以AB⊥BD.
(2)当AC⊥CD时,则AB⊥BD,
因为AB=a,BC=b,CD=c,
所以BD=
b2+c2,AC=
a2+b2,
所以四面体ABCD的表面积S=
1
2ab+
1
2bc+
1
2a
b2+c2+
1
2c
a2+b2.
当AC与CD不垂直时,则AD⊥CD,否则由(1)知AB⊥BD,可得AC⊥CD(矛盾),
当AD⊥AC时,AB与AD不能垂直,否则AD⊥平面ABC,
所以BC⊥AD,
因为BC⊥CD,BC⊥平面ACD,
所以BC⊥AC,这与AB⊥BC矛盾,
所以BD⊥AD,从而可得:AD2=a2-b2-c2,…①
由AD⊥AC得,AD2=c2-b2-a2…②
由①②可得:a=c,所以AD2=-b2<0矛盾.
所以AD⊥CD,从而得到AB⊥AD,
当AD⊥CD时,AD2=a2+b2-c2
当AB⊥AD时,AD2=b2+c2-a2
所以a=c,AD=b,此时四面体的各个面是全等的三角形,变形成为一平面图形,所以舍去.
所以其表面积为S=
1
2ab+
1
2bc+
1
2a
b2+c2+
1
2c
a2+b2.…12(分)