正四面体の頂点から底面までの距離(B)
★★☆☆☆☆☆(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(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
1 辺の長さが $3$ の正四面体 $\mathrm{ABCD}$ について,次のものを求めよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 高さ $h$ と体積 $V$
\item[(2)] 内接する球の半径 $r$
\end{enumerate}
(1) 頂点 $\mathrm{A}$ から底面に下ろした垂線の足を $\mathrm{H}$ とすると,$\triangle\mathrm{ABH}$,$\triangle\mathrm{ACH}$,$\triangle\mathrm{ADH}$ は斜辺の長さがどれも $3$ で $\mathrm{AH}$ が共通な直角三角形であるから合同で,$\mathrm{BH}=\mathrm{CH}=\mathrm{DH}$ となる.よって,$\mathrm{H}$ は $\triangle\mathrm{BCD}$ の外心で,$\mathrm{BH}=\dfrac{3}{2\sin 60^\circ}=\sqrt{3}$
$h=\sqrt{9-3}=\sqrt{6}$,\quad $\triangle\mathrm{BCD}=\dfrac{\sqrt{3}}{4}\cdot 9=\dfrac{9\sqrt{3}}{4}$
$V=\dfrac{1}{3}\cdot\dfrac{9\sqrt{3}}{4}\cdot\sqrt{6}=\dfrac{9\sqrt{2}}{4}$
(2) 内接球の中心を $\mathrm{I}$ とすると,正四面体は $\mathrm{I}$ を頂点とし各面を底面とする高さ $r$ の 4 つの三角錐に分けられるから
\[ V=4\cdot\frac{1}{3}\cdot\frac{9\sqrt{3}}{4}\cdot r=3\sqrt{3}r \]
よって $r=\dfrac{9\sqrt{2}}{4}\cdot\dfrac{1}{3\sqrt{3}}=\dfrac{\sqrt{6}}{4}$
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