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常見幾何體外接球半徑算法

2021-10-20 08:43雒福東
天府?dāng)?shù)學(xué) 2021年2期
關(guān)鍵詞:小圓題設(shè)三棱錐

雒福東

類型一:墻角模型(三條棱分別垂直,不找球心的位置即可求出半徑)

方法:找三條兩兩垂直的線段,直接利用公式a2+b2+c2=(2r)2,求出r

類型二:垂直模型(一條直線垂直于一個(gè)平面)

題設(shè):如圖6,7,8,P的射影是△ABC的外心三棱錐P-ABC三條側(cè)棱相等三棱錐P-ABC的底面△ABC在圓錐的底上,頂點(diǎn)P也是圓錐的頂點(diǎn)

解題步驟:

第一步:確定球心O的位置,取△ABC的外心O1,則P,O,O1三點(diǎn)共線

第二步:先算出小圓O1的半徑AO1=r,再算出棱錐的高PO1=h(也是圓錐的高)

第三步:勾股定理:解出R

類型三:切瓜模型(二個(gè)平面互相垂直)

方法:

1.題設(shè):如圖9-1,平面PAC⊥平面ABC,且AB⊥BC(即AC為小圓直徑)

第一步:易知球心O必是△PAC的外心,即△PAC的外接圓是大圓,先求出小圓的直徑AC=2r;

第二步:在△PAC中,可根據(jù)正弦定理,求出R

2.題設(shè):如圖9-2,平面PAC⊥平面ABC,且AB⊥BC(即AC為小圓直徑)

3.題設(shè):如圖9-3,平面PAC⊥平面ABC,且AB⊥BC(即AC為小圓直徑),且P的射影是△ABC的外心三棱錐P-ABC的三條側(cè)棱相等三棱錐P-ABC的底面△ABC在圓錐的底上,頂點(diǎn)P點(diǎn)也是圓錐的頂點(diǎn)

第一步:確定球心O的位置,取△ABC的外心O1,則P,O,O1三點(diǎn)共線

第二步:先算出小圓O1的半徑AO1=r,再算出棱錐的高PO1=h(也是圓錐的高)

第三步:勾股定理:解出R

4.題設(shè):如圖9-3,平面PAC⊥平面ABC,且AB⊥BC(即AC為小圓直徑),PA⊥AC,則利用勾股定理求三棱錐的外接球半徑:

類型四:漢堡模型(直棱柱的外接球,圓柱的外接球)

方法:

題設(shè):如圖10-1,10-2,10-3,直棱柱內(nèi)接于球(同時(shí)直棱柱內(nèi)接于圓柱,圓柱的上下底面可以是任意三角形)

第一步:確定球心O的位置,O1是△ABC的外心,則OO1⊥平面ABC

第二步:算出小圓O1的半徑AO1=r,(AA1=h是圓柱的高)

第三步:勾股定理:,解出R

類型五:折疊模型(二個(gè)全等三角形或者等腰三角形拼在一起,或者菱形對折)

方法:

題設(shè):兩個(gè)全等三角形或者等腰三角形拼在一起,或菱形對折(如圖11)

第一步:先畫出如圖所示的圖形,將△BCD畫在小圓上,找出△BCD和△A'BD的外心H1和H2;

第二步:過H1和H2分別做平面BCD和平面△A'BD的垂線,兩垂線的交點(diǎn)即為球心O,連接OE,OC;

第三步:解△OEH1,算出OH1,在Rt△OCH1中,勾股定理:OH12+CH12=OC2

類型六:對棱相等模型(對棱相等模型,補(bǔ)全為長方體)

方法:

題設(shè):三棱錐(及四面體)中,已知三組對棱分別相等,求外接圓半徑(AB=CD,AD=BC,AC=BD)

第一步:畫出一個(gè)長方體,標(biāo)出三組互為異面直線的對棱;

第二步:設(shè)長方體的長寬高分別是a,b,c,AD=BC=x,AB=CD=y,AC=BD=z

列方程組

補(bǔ)充:

第三步:根據(jù)墻角模型,,

,求出R

分析:取公共的斜邊中點(diǎn)O,連接OP,OC,

則,O為三棱錐P-ABC外接球球心,然后在OCP中求出半徑,當(dāng)看作矩形沿對角線折起三棱錐時(shí)與折起的二面角大小無關(guān),只要不是平角球半徑都為定值。

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