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八个无敌模型全搞定空间几何的外接球和内切球问题
八个有趣模型——搞定空间几何体的外接球与内切球
类型一、墙角模型(三条线两个垂直,不找球心的位置即可求出球半径)
方法:找三条两两垂直的线段,直接用公式,即,求出
例1 (1)已知各顶点都在同一球面上的正四棱柱的高为,体积为,则这个球的表面积是( C )
A. B. C. D.
(2)若三棱锥的三个侧面两垂直,且侧棱长均为,则其外接球的表面积是
解:(1),,,,选C;
(2),
(3)在正三棱锥中,分别是棱的中点,且,若侧棱,则正三棱锥外接球的表面积是 。
解:引理:正三棱锥的对棱互垂直。证明如下:
如图(3)-1,取的中点,连接,交于,连接,则是底面正三角形的中心,平面,,
,,,平面,
,同理:,,即正三棱锥的对棱互垂直,
本题图如图(3)-2, ,,
,,平面,
,,,,
平面,,
故三棱锥的三棱条侧棱两两互相垂直,
,即,
正三棱锥外接球的表面积是
(4)在四面体中,,则该四面体的外接球的表面积为( D )
(5)如果三棱锥的三个侧面两两垂直,它们的面积分别为、、,那么它的外接球的表面积是
(6)已知某几何体的三视图如图所示,三视图是腰长为的等腰直角三角形和边长为的正方形,则该几何体外接球的体积为
解析:(4)在中,,
,的外接球直径为,
,,选D
(5)三条侧棱两两生直,设三条侧棱长分别为(),则
,,,,,,,
(6),,
,
类型二、垂面模型(一条直线垂直于一个平面)
1.题设:如图5,平面
解题步骤:
第一步:将画在小圆面上,为小圆直径的一个端点,作小圆的直
径,连接,则必过球心;
第二步:为的外心,所以平面,算出小圆的半
径(三角形的外接圆直径算法:利用正弦定理,得
),;
第三步:利用勾股定理求三棱锥的外接球半径: = 1 \* GB3 ①;
= 2 \* GB3 ②
2.题设:如图6,7,8,的射影是的外心三棱锥的三条侧棱相等三棱锥的底面在圆锥的底上,顶点点也是圆锥的顶点
解题步骤:
第一步:确定球心的位置,取的外心,则三点共线;
第二步:先算出小圆的半径,再算出棱锥的高(也是圆锥的高);
第三步:勾股定理:,解出
方法二:小圆直径参与构造大圆。
例2 一个几何体的三视图如右图所示,则该几何体外接球的表面积为( )C
A. B. C. D.以上都不对
解:选C,,, ,
,
类型三、切瓜模型(两个平面互相垂直)
1.题设:如图9-1,平面平面,且(即为小圆的直径)
第一步:易知球心必是的外心,即的外接圆是大圆,先求出小圆的直径;
第二步:在中,可根据正弦定理,求出
2.如图9-2,平面平面,且(即为小圆的直径)
3.如图9-3,平面平面,且(即为小圆的直径),且的射影是的外心三棱锥的三条侧棱相等三棱的底面在圆锥的底上,顶点点也是圆锥的顶点
解题步骤:
第一步:确定球心的位置,取的外心,则三点共线;
第二步:先算出小圆的半径,再算出棱锥的高(也是圆锥的高);
第三步:勾股定理:,解出
4.如图9-3,平面平面,且(即为小圆的直径),且,则
利用勾股定理求三棱锥的外接球半径: = 1 \* GB3 ①;
= 2 \* GB3 ②
例3 (1)正四棱锥的顶点都在同一球面上,若该棱锥的高为1,底面边长为,则该球的表面积为 。
(2)正四棱锥的底面边长和各侧棱长都为,各顶点都在同一个球面上,则此球的体积为
解:(1)由正弦定理或找球心都可得,,
(2)方法一:找球心的位置,易知,,,故球心在正方形的中心处,,
方法二:大圆是轴截面所的外接圆,即大圆是的外接圆,此处特殊,的斜边是球半径,,,
(3)在三棱锥中,,侧棱与底面所成的角为,则该三棱锥外接球的体积为( )
A. B. C. 4 D.
解:选D,圆锥在以的圆上,
(4)已知三棱锥的所有顶点都在球的求面上,是边长为的正三角形,为球的直径,且,则此棱锥的体积为( )A
A. B. C. D.
解:,,
类型四、汉堡模型(直棱柱的外接球、圆柱的外接球)
题设:如图10-1,图10-2,图10-3,直三棱柱内接于球(同时直棱柱也内接于圆柱,棱柱的上下底面可以是任意三角形)
第一步:确定球心的位置,是的外心,则平面;
第二步:算出小圆的半径,(也是圆柱的高);
第三步:勾股定理:,解出
例4 (1)一个正六棱柱的
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