空间计数中的共面共线“情结”一、共面“情结”例1四面体的顶点和各棱中点共10个点,在其中取4个不共面的点,不同的取法共有A.150种B.147种C.144种D.141种解:若直接寻找4个不共面的点,需要分很多类,正难则反,先找四点共面的情况,再将它们排除掉.四点共面的情况可分为三类(如图1):①四面体表面上的四点共面的情况,有464C种;②平行四边形截面上的四点共面,有3种;③各棱与对棱中点所组成的三角形截面上的四点共面,有6种.所以不共面的四点的取法共有44106436141CC种,即选D.例2对例1,若条件不变,改成取5个点,求可组成的四棱锥有多少个
解:因为四棱锥的底面是四边形,所以我们应当先从寻找四点共面的四边形入手,最后再取不在四边形平面上的第五个点作为四棱锥的顶点,而不是直接去寻找五个点.寻找四点共面的四边形,我们可参考例1.也可分三类研究:①四面体表面上的四点共面的四边形,有4×6个,此时平面外有4个点;②平行四边形截面本身就是四边形,有3个,此时平面外有6个点;③各棱和对棱中点所组成的三角形截面上没有四边形.根据分类计数原理,四棱锥共有4×6×4+3×6=114个.二、共线“情结”例3正六边形的中心和顶点共7个点,以其中3个点为顶点的三角形共有个(用数字作答).解:因为三角形的三个顶点不共线,所以应寻找不共线的三点组.若直接寻找,仍然较繁.因此我们先找三点共线的情况,再将它排除掉.显然三点共线的情况只有3个,所以三角形共有37332C个.例4在正方体的8个顶点,12条棱的中点,6个面的中心及正方体的中心共27个点中,共线的三点共有多少组
解法一:]如图2,按照两个端点来分类,共分三类:①两端点为正方体的顶点时,有2828C组,其包括棱12条,面对角线12条,和体对角线4条;②两端点为棱的中点时,有6×2+6×1=18组,其中包]括正方体的6个面