085_02M_q20
85 學測數學 第 20 題
📅 85 年 📝 學測數學 第 20 題 題型:選填 課綱:99課綱
學校蓋了一棟正四面體的玻璃溫室(如圖 6)。今欲將一鋼柱橫架在室中,作為吊花的橫樑。其兩端分別固定在兩面牆 $ABC$ 和 $ACD$ 的重心 $E$,$F$ 處。生物老師要先知道這個鋼柱多長,才能請工人製作。雖然 $\overline{BD}$ 的長度很容易量出,卻很難爬到 $E$,$F$ 點測量 $\overline{EF}$ 長。生物老師在上課時說出他的問題,立刻有一位同學舉手說他有辦法。這位同學在紙上劃出圖 6 ,算出 $\overline{EF}:\overline{BD}$ 就解決了問題。問 $\overline{EF}:\overline{BD}=\text{______}$。
圖 6
圖 6
三角形的重心,空間幾何與對稱,相似三角形空間向量與空間中的直線與平面
答案

$1:3$

選填題

詳解
設正四面體 $ABCD$ 的共用邊 $\overline{AC}$ 的中點為 $M$。 - 在面 $ABC$ 中,$E$ 為三角形的重心,因此 $E$ 點位於中線 $\overline{BM}$ 上,且滿足比例關係: $$\overline{ME} : \overline{MB} = 1 : 3$$ - 在面 $ACD$ 中,$F$ 為三角形的重心,因此 $F$ 點位於中線 $\overline{DM}$ 上,且滿足比例關係: $$\overline{MF} : \overline{MD} = 1 : 3$$ 現在考慮 $\Delta MBD$ 平面: 因為 $\dfrac{\overline{ME}}{\overline{MB}} = \dfrac{\overline{MF}}{\overline{MD}} = \dfrac{1}{3}$,根據三角形的截線定理,我們有: 1. 線段 $\overline{EF}$ 必平行於底邊 $\overline{BD}$(即 $\overline{EF} \parallel \overline{BD}$)。 2. 三角形 $MEF$ 相似於三角形 $MBD$(即 $\Delta MEF \sim \Delta MBD$)。 根據相似三角形的邊長比例性質: $$\overline{EF} : \overline{BD} = \overline{ME} : \overline{MB} = 1 : 3$$ 所以比例 $EF : BD = 1:3$(或比值為 $\dfrac{1}{3}$)。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

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