鳖臑,遗落在题海中的立几小王子
在立体几何的考题中,我们经常见到的在一些特殊模型中考察点、线、面的位置关系,这些特殊的模型是正方体、长方体、直棱柱、正棱锥和圆锥、圆柱以及球。实际上除了这些特殊的图形,还有一个特殊的,常见的模型——鳖臑。
鳖臑,鳖臑是什么鬼?
鳖臑作为数学概念,最早出现在《九章算术∙商功》中,“斜解立方,得两堑堵。斜解堑堵,奇异为阳马,一为鳖臑。阳马居二,鳖臑居一,不易之率也。合两鳖臑三而一,验之以棊,其形露矣。”刘徽注:“此术臑者,背节也,或曰半阳马,其形有似鳖肘,故以名云。中破阳马,得两鳖臑,鳖臑之起数,数同而实据半,故云六而一即得。”
阳马和鳖臑是我国古代对一些特殊椎体的称谓,取一长方体,斜割一分为二,得两个一模一样的三棱柱,称为堑堵(底面是直角三角形的直棱柱)。
再沿堑堵的一个顶点与相对的棱剖开,得四棱锥和三棱锥各一个。以矩形为底,另有一棱与底面垂直的四棱锥,称为阳马。余下的三棱锥是由四个直角三角形组成的四面体,称为鳖臑。
鳖臑,第一次出现在小编眼中,是在2015年,湖北省在回归全国卷之前的最后一次单独命题,仍延续了往届一罐的作风,注重基础,立足课本,难度较之前略有提高,特别的是在几何题目中出现了“鳖臑”、“阳马”两个古词,令考生纷纷表示“难出了新高度”,甚至觉得高中善念“白学了”,考题迅速通过网页、微博等各种途径热传,这两个生僻词,甚至成了2015年湖北高考的代名词。
小编想说的是,鳖臑,真没闹!
实际上鳖臑存在我们所熟知的图形中,也常出现在我们遇到的立体问题中,不在意往往源于不在乎。
我们先来看看立体几何中的鳖臑:
正棱锥中的鳖臑:
长方体中的鳖臑:
圆柱体中的鳖臑:
三垂线定理中的鳖臑:
三余弦定理中的鳖臑:
等等。
由此可知,鳖臑在立体几何研究中有着广泛的作用,在高考中的高频率出现,并不是偶然的,是由其基本特征决定了它的基础性地位和作用。
我们知道,在平面内,由含最少条线段的封闭折现围成的多边形是多边形,任何一个多边形都可以分成若干个三角形,因此三角形就成为平面几何研究的一个重要对象,而任何一个三角形都可以分成两个直角三角形,这样直角三角形又成为重要对象的特殊对象。与之相对应的两个重要定理就是勾股定理与射影定理,这两个订立图示也是平面几何的两个中药基本的图形。
与平面类似,在空间中由含最少个面围成的封闭几何体是四面体,任何一个多面体都可以分成若干个四面体,而任意一个四面体都可以分解成若干个(最多有6个)鳖臑。因此鳖臑也与平面几何中的直角三角形类似,称为立体几何研究的重要对象(四面体)中的特殊对象。接下来,我们逐一分析鳖臑的性质,来体会鳖臑作为立几小王子,自带的贵族气质。
一、鳖臑中的垂直关系
如图,在鳖臑中有基本的垂直关系“四二三”,即四个直角三角形、两个线面垂直以及三个面面垂直。
我们知道,线线、线面、面面的垂直关系可以相互转换,接下来
二、鳖臑中的空间角
接下来,我们来看鳖臑在立体几何中的应用。
答案:B
解析:构造长方体,考察长方体中的鳖臑,鳖臑最长的弦为外接球的直径。
例2、一个几何体的三视图如图所示,则该几何体的最长棱与其对棱所在直线所成角的余弦值为 。
象这类问题,在立体几何中比比皆是,心中有鳖臑,我们可以看到诸多鳖臑的影子,当然,鳖臑只是立体几何穿的一件马甲,脱去马甲,回首望去,一切都只不过是过眼浮云。波利亚在《如何解题》一书中曾经提到:“把解题认为是纯粹的智力活动是错误的,决心和情绪也起到了重要的作用。”在这类问题中,立体几何几何垂直关系是基础,但是等价转换,自我心理暗示,也有着举足轻重的作用。脱掉题目中鳖臑的马甲,不被马甲所惑,把握问题的本质,是解决这类问题的精髓所在。h
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