幾何體的外接球與內切球的六個題型

簡單多面體外接球問題是立體幾何中的難點和重要的考點,此類問題實質是解決球的半徑尺或確定球心o的位置問題,其中球心的確定是關鍵.

幾何體的外接球與內切球的六個題型


一、外接球的問題

(一) 由球的定義確定球心

在空間,如果一個頂點與一個簡單多面體的所有頂點的距離都相等,那麼這個定點就是該簡單多面體的外接球的球心.

由上述性質,可以得到確定簡單多面體外接球的球心的如下結論.

結論1:正方體或長方體的外接球的球心其體對角線的中點.

結論2:正稜柱的外接球的球心是上下底面中心的連線的中點.

結論3:直三稜柱的外接球的球心是上下底面三角形外心的連線的中點.

結論4:正稜錐的外接球的球心在其高上,具體位置可通過計算找到.

結論5:若稜錐的頂點可構成共斜邊的直角三角形,則公共斜邊的中點就是其外接球的球心.

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(二)構造正方體或長方體確定球心

長方體或正方體的外接球的球心是在其體對角線的中點處.以下是常見的、基本的幾何體補成正方體或長方體的途徑與方法.

途徑1:正四面體、三條側稜兩兩垂直的正三稜錐、四個面都是是直角三角形的三稜錐都分別可構造正方體.

途徑2:同一個頂點上的三條稜兩兩垂直的四面體、相對的稜相等的三稜錐都分別可構造長方體和正方體.

途徑3:若已知稜錐含有線面垂直關係,則可將稜錐補成長方體或正方體.

途徑4:若三稜錐的三個側面兩兩垂直,則可將三稜錐補成長方體或正方體.

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(三)由性質確定球心

利用球心O與截面圓圓心O1的連線垂直於截面圓及球心O與弦中點的連線垂直於弦的性質,確定球心.

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二、內切球問題

若一個多面體的各面都與一個球的球面相切, 則稱這個多面體是這個球的外切多面體,這個球是這個多面體的內切球。

1、內切球球心到多面體各面的距離均相等,外接球球心到多面體各頂點的距離均相等。

2、正多面體的內切球和外接球的球心重合。

3、正稜錐的內切球和外接球球心都在高線上,但不重合。

4、基本方法:構造三角形利用相似比和勾股定理。

5、體積分割是求內切球半徑的通用做法。

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