正四面体の頂点から底面までの距離(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/23
🔁 類題: 正四面体の頂点から底面までの距離(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
1 辺の長さが $6$ の正四面体 $\mathrm{ABCD}$ について,頂点 $\mathrm{A}$ から平面 $\mathrm{BCD}$ に下ろした垂線を $\mathrm{AH}$ とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $\mathrm{BH}$ の長さを求めよ.
\item[(2)] 正四面体の高さ $\mathrm{AH}$ と体積 $V$ を求めよ.
\end{enumerate}
(1) $\mathrm{AH}$ は平面 $\mathrm{BCD}$ に垂直であるから,$\triangle\mathrm{ABH}$,$\triangle\mathrm{ACH}$,$\triangle\mathrm{ADH}$ は $\angle\mathrm{AHB}=\angle\mathrm{AHC}=\angle\mathrm{AHD}=90^\circ$ の直角三角形である.さらに,$\mathrm{AB}=\mathrm{AC}=\mathrm{AD}$,$\mathrm{AH}$ は共通であるから,これらは合同であり $\mathrm{BH}=\mathrm{CH}=\mathrm{DH}$.よって $\mathrm{H}$ は $\triangle\mathrm{BCD}$ の外心で,$\mathrm{BH}$ は外接円の半径である.正弦定理より
\[ \mathrm{BH}=\frac{6}{2\sin 60^\circ}=2\sqrt{3} \]
(2) $\mathrm{AH}=\sqrt{36-12}=2\sqrt{6}$
$\triangle\mathrm{BCD}=\dfrac{\sqrt{3}}{4}\cdot 36=9\sqrt{3}$ であるから
\[ V=\frac{1}{3}\cdot 9\sqrt{3}\cdot 2\sqrt{6}=6\sqrt{18}=18\sqrt{2} \]
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