当前位置: 华文星空 > 知识

如何证明:棱长为a的正四面体内部任意转动的正方体的最大棱长为正四面体内切球的内接正方体棱长?

2021-02-25知识

最大值很难求,但要推翻是内切圆的内接正方体边长还是很容易的.

设正四面体棱长为 \[a\] ,那么其内接球半径就是 \[\frac{{\sqrt 6 }}{{12}}a\] ,内切圆的内接正方体边长就是 \[\frac{{\sqrt 6 }}{{12}}a \cdot \frac{2}{{\sqrt 3 }} = \frac{{\sqrt 2 }}{6}a\] .

取 \[a = 8\] ,则 \[\frac{{\sqrt 2 }}{6}a = \frac{4}{3}\sqrt 2 \approx 1.89\] ,也就是说一个边长为2的正方体绝对转不起来。

我们用硬板纸(防止形变带来的误差)做如下两个几何体:

自己转一下就会发现,不管是哪个角度离上表面都差了很大一段距离

图片展示起来可能不太清晰,自己试试就很明显了,正方体可以在其中轻松旋转。

当然,这样还是会产生很大的误差的,接下来我们来理论分析一下。

正方体要能在正四面体内自由转动,必须要满足如下两种转动方式:

一、水平转动(X-Y方向转动)

能这么转动的正方