質心內心外心重合的四面體是否一定為正四面體?

時間 2021-09-18 03:19:48

1樓:電貓哥electricat

這個結論是必要不充分的。

用三維軟體畫了一下,即使是下圖這樣扁扁的四面體,也滿足題設的條件。

計算證明如下:(反例選用了更簡單的情況,即四個面均為底為2、高為2的等腰三角形,如下圖)

如上圖,四面體ABCD以AB中點O建立直角座標系。

六條邊的長度並不是完全相等的,所以ABCD不是正四面體。

四點確定以後,可根據質心的性質求出質心P的座標(等於四頂點座標和的平均值)。

P到四個頂點的距離相等,因此P同時也是外心。

P到面ABC的距離等於P點的z座標。

根據等腰三角形的性質,P到面ABD的距離等於P到面ABC的距離(∵三角形OCD是等邊三角形,過程略)

根據已知條件算出平面BCD的平面方程(計算過程略),並根據點到平面距離計算公式,算出

P到面BCD的距離,同理可得P到面ACD的距離。

P到四個面的距離相等,因此P同時也是內心。

證畢結論:P既是質心,也是內心、外心,但不是正四面體。

(ps:數學水平有限,不能給出邏輯嚴密的證明,舉個簡單的反例,權且看看吧。)

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