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。
∵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PAB
PC⊥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,从而有:
性质1:直角三棱锥的底面是锐角三角形。
由AB⊥CH,AH⊥BC,BH⊥CA易知,H是ΔABC的垂心,由此可得: 性质2:①直角三棱锥顶点在底面的射影是底面三角形的垂心。
在RtΔPAB中,PD·AB=PA·PBPD=;在RtΔPCD中,CD=PD+PC
=()+c=;在RtΔPCD中,PH⊥CD,∴PD·PC=CD·PH
PH===,∴=
=++
。因此有:
性质2:②直角三棱锥顶点到底面的距离为h满足关系式=++
。
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=γ=1。因此,
,所以sinα+sinβ+sin
性质3:①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。
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。 另外,tan(P-AB-C)=tan∠PDC==
=c,同理,tan(P-BC-A)=a ,tan(P-CA-B)=b
。所以,
性质3:②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。各角的正切值:
tan(P-AB-C)=c,tan(P-BC-A)=a ,tan(P-CA-B)=b
。
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4:①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。
QP与棱PA所成角的余弦值cos
α==
,QP与棱PB所成角的余弦值cosβ==,QP与棱PA所成角的余弦值
cosγ=
,
在PQ=RQ+RT+RS两边同时除以PQ,得cosγ+cosα+cosβ=1; 性质4:②直角三棱锥底面内任一点与顶点的连线,和三条棱分别构成三个角,其余弦值的平方和为1。
QP与面PAB所成角的余弦值cosθ=,QP与面PBC所成角的余弦值cos
δ=,QP与面PCA所成角的余弦值cos=,由PQ=RQ
+RT+RS得2×PQ=RS+RT+RS+RQ+RT+RQ,两边同时除以PQ,得cos
θ+cosδ+cossinδ+sin
=2,∴ 1-sinθ+1-sinδ+1-sin=2,得sinθ+
=1。
性质4:③直角三棱锥底面内任一点与顶点的连线,和三个侧面分别构成三个角,其正弦值的平方和为1。
底面三角形的面积S=AB·CD=·=
,这也可以当成直角三棱锥的一个性质:
性质5:①直角三棱锥底面三角形的面积S=
。
在RtΔPCD中,PD=HD·CD,两边同乘以即S
=S
·S
;同理,S
=S
AB得·S
AB·PD=;S
AB·HD·CD,
·S
。
=S
性质5:②直角三棱锥侧面面积是其在底面的射影面积与底面面积的比例中项。 把S
=S
·S=S
;S
+S
=S
·S+S
;S。
=S
·S
;这
三个式子相加,得S
性质5:③直角三棱锥三个侧面面积的平方和,等于底面面积的平方。
直角三棱锥P-ABC中,在点A处,cos∠PAB·cos
∠PAC=·=
,
cos∠BAC==
===
=cos∠PAB·cos∠PAC;
即cos∠BAC=cos∠PAB·cos∠PAC;同理,点B处,cos∠ABC=cos∠PBA·cos∠PBC;点C处,cos∠ACB=cos∠PCB·cos∠PCA。所以
性质6:直角三棱锥底面端点处,侧棱与底面两边所成角的余弦积,等于底面角的余弦值。
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的外接球,其球心是长方体的中心,半径为长方体对角线的一半。因此有
性质7:①直角三棱锥外接球的半径R=
。
设直角三棱锥内切球半径为r,球心为O,连OA,OB,OC,则把直角三棱锥分成四个小三棱锥,∴ V
=V
+V
+V
+V
,
∵ S=,∴ ×ab×c=×ab×r+×bc×r
+×ca×r+××
×r ,
∴ r=
。所以,
性质7:②直角三棱锥内切球的半径r=
现在将以上所探究到的直角三棱锥性质小结如下:
性质1:直角三棱锥的底面是锐角三角形。
性质2:①直角三棱锥顶点在底面的射影是底面三角形的垂心。
。
②直角三棱锥顶点到底面的距离为h满足关系式=++
。
性质3:①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。
②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。各角的正切值:
tan(P-AB-C)=c,tan(P-BC-A)=a ,tan(P-CA-B)=b
。
性质4:①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。
②直角三棱锥底面内任一点与顶点的连线,和三条棱分别构成三个角,其余
弦值的平方和为1。
③直角三棱锥底面内任一点与顶点的连线,和三个侧面分别构成三个角,其
正弦值的平方和为1。
性质5:①直角三棱锥底面三角形的面积S=
。
②直角三棱锥侧面面积是其在底面的射影面积与底面面积的比例中项。
③直角三棱锥三个侧面面积的平方和,等于底面面积的平方。
性质6:直角三棱锥底面端点处,侧棱与底面两边所成角的余弦积,等于底面角的余弦
性质7:①直角三棱锥外接球的半径R=
。
②直角三棱锥内切球的半径r=
。
值。
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