题目
四面体 中,体积 、底面 的面积 与棱长 满足 ,求 的最小值。
参考解答
解析:
第一步:由体积定出高。设点 到平面 的距离为 ,由体积公式
设 在平面 内的射影为 ,则 且 平面 。由勾股定理
第二步:平面上到三个顶点距离平方和最小在重心处取得。设 为 的重心,则 。对平面内任意点 ,
所以 ,等号当且仅当 。
再由 出发(原点取在重心 ),把三向量两两之差的平方和展开、交叉项相消,即得恒等式
于是
第三步:由面积定出点 的位置。点 到直线 的距离为
取直角坐标系使 、、,则
等号当 时取得。
第四步:合并。
等号成立的条件:点 在 的中垂线上且到 的距离为 ;点 为 的重心;点 在 的正上方且 。
答案: