内切球与外接球习题讲义教师版
立体几何中的“内切”与“外接”问题的探究
1 球与柱体
规则的柱体,如正方体、长方体、正棱柱等能够和球进行充分的组合,以外接和内切两种形态进行结合,通过球的半径和棱柱的棱产生联系,然后考查几何体的体积或者
表
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面积等相关问题.
AA1,DD1的中点,则直线EF被球O截得的线段长为( )
A
.
2
B.1 C
.1
2
D
1.2
球与长方体
1.1 球与正方体
长方体各顶点可在一个球面上,故长方体存在外切球.但是不一定存在内切球.设长方体的棱长为a,b,c,其体对角线为l.当球为长方体的外接球时,截面图为长方体的对角
l面和其外接圆,和正方体的外接球的道理是一样的,故球的半径R2
如图1所示,正方体ABCDA1B1C1D1,设正方体的棱长为a,E,F,H,G为棱的中点,O为球的球心。
常见组合方式有三类:一是球为正方体的内切球,截面图为正方形EFHG和其内切圆,则OJr;
二是与正方体各棱相切的球,截面图为正方形EFHG和其外接圆,则
OGR
2
a; 2
a. 2
a2
例 2 在长、宽、高分别为2,2,4的长方体内有一个半径为1的球,任意摆动此长方体,则球经过的空间部分的体积为( ) 10π8π7πA.B.4π C.D.
333
三是球为正方体的外接球,截面图为长方形ACC1A1和其外接圆,则A1OR'
通过这三种类型可以发现,解决正方体与球的组合问题,常用工具是截面图,即根据组合的形式找到两个几何体的轴截面,通过两个截面图的位置关系,确定好正方体的棱与球的半径的关系,进而将空间问题转化为平面问题 。
1.3
球与正棱柱
球与一般的正棱柱的组合体,常以外接形态居多。下面以正三棱柱为例,介绍本类题目的解法——构造直角三角形法。设正三棱柱ABCA1B1C1的高为h,底面边长为a,如
例 1 棱长为1的正方体ABCDA1BC11D1的8个顶点都在球O的表面上,E,F分别是棱
1
图2所示,D和D1分别为上下底面的中心。根据几何体的特点,球心必落在高DD1的中