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如何證明:棱長為a的正四面體內部任意轉動的正方體的最大棱長為正四面體內切球的內接正方體棱長?

2021-02-25知識

最大值很難求,但要推翻是內切圓的內接正方體邊長還是很容易的.

設正四面體棱長為 \[a\] ,那麽其內接球半徑就是 \[\frac{{\sqrt 6 }}{{12}}a\] ,內切圓的內接正方體邊長就是 \[\frac{{\sqrt 6 }}{{12}}a \cdot \frac{2}{{\sqrt 3 }} = \frac{{\sqrt 2 }}{6}a\] .

取 \[a = 8\] ,則 \[\frac{{\sqrt 2 }}{6}a = \frac{4}{3}\sqrt 2 \approx 1.89\] ,也就是說一個邊長為2的正方體絕對轉不起來。

我們用硬板紙(防止形變帶來的誤差)做如下兩個幾何體:

自己轉一下就會發現,不管是哪個角度離上表面都差了很大一段距離

圖片展示起來可能不太清晰,自己試試就很明顯了,正方體可以在其中輕松旋轉。

當然,這樣還是會產生很大的誤差的,接下來我們來理論分析一下。

正方體要能在正四面體內自由轉動,必須要滿足如下兩種轉動方式:

一、水平轉動(X-Y方向轉動)

能這麽轉動的正方