什么是多面体的外接球,如果一个多面体的各个顶点都在同一个球面上,那么称这个多面体是球的内接多面体,这个球为多面体的外接球。
多面体的外接球问题,是立体几何的一个重点,也是高考考察的一个热点,当然这热点不是“重点”,而是难点!有多少优秀的孩子们被这个球弄得乱七八糟!
研究多面体的外接球问题,又要运用球的性质,要命的是还要特别注意多面体的有关几何元素与球的半径的关系,而多面体外接球半径的求法在解题中往往会起到至关重要的作用,接下来,我们通过几道例题来探讨这类问题的求解策略。
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直接法
长方体模型是学习立体几何的基础,掌握长方体模型,对理解立体几何的关系问题起着重要的作用,尤其是在解决多面体外接球问题中。长方体的体对角线为长方体外接球的直径,正方体的体对角线为正方体的外接球的直径。
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1、正方体的外接球问题
例1、若棱长为2的正方体的顶点都在同一个球面上,求该球的表面积为。
解析:因为正方体内接于球,所以它的体对角线正好为球的直径,因此,求球的半径可转化为先求正方体的体对角线长,再计算半径。
2、长方体的外接球问题
例2、一个长方体的各顶点均在同一个球面上,且一个顶点上的三条棱的长分别为3、4、5,则此球的体积为。
解析:因为长方体内接于球,所以它的体对角线正好为球的直径,因此,求球的半径可转化为先求长方体的体对角线长,再计算半径。
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构造法
由于正方体、长方体的外接球半径可以轻松求的,所以在遇见一类特殊几何体,通常是四面体,通常选择补形成正方体、长方体,进而通过求正方体、长方体的外接球的半径来求四面体的半径。
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(1)、正四面体
例3、一个四面体的所有棱长都为2,四个顶点在同一球面上, 则此球的表面积为。
解析:因为四面体的所有棱长都为2,所以放置正四面体S-ABC于正方体中(如图),由对称性可知,四面体的外接球就是正方体的外接球,所以正方体的体对角线正好为球的直径,因此,求正四面体外接球的半径可转化为先求正方体的体对角线长,再计算半径。