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立体几何外接球问题(一)切西瓜模型

 当以读书通世事 2023-09-06 发布于甘肃
     我们在说外接球问题之前,不得不说外接圆的问题,对于外接圆半径的求法我们最常接触的就是三角形的外接圆半径,其求解方式就是三角形的正弦定理,即
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其中,r为三角形外接圆半径

      立体几何外接球问题是高考的重点也是难点,很多学生遇到外接球就打怵,看见就躲,但很多外接球问题并不难,关键是要“识形”,有几种类型是完全可以套用公式就可以算出外接球的半径,比如:切西瓜模型。
     如果我们把一个球体看做是一个西瓜,然后将它切成一个圆柱,使得圆柱上下底面的圆周完全在西瓜表面上,如下图,此时原球体就是比圆柱的外接球↓

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      我们把圆柱体的高设为h,上下底圆的半径为r,球半径为R,如下图:
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易知:​
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       之后我们继续切这块圆柱形西瓜,从上往下竖直切三刀,​切成直三棱柱,如下图所示,此时直三棱柱的6个顶点全部在圆柱上下底圆的圆周上,同时也在最初的西瓜表皮上,也就是说原球体仍然是此直棱柱的外接球↓
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​       继续切西瓜,如下图所示,将这块直三棱柱西瓜,沿棱EF斜切直到下底面一顶点I,此时这块西瓜切成了一个一条侧棱垂直于底面的三棱锥,和一个一个侧面垂直于矩形的四棱锥,无论是三棱锥还是四棱锥,它的所有的顶点也都在原球体的球面上,所以原球体仍然是三棱锥与四棱锥的外接球↓
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​综上,当几何体为
①直棱柱,此时r为底面外接圆半径,h为直棱柱的高;
②一条侧棱垂直于底面的锥体,此时r为底面外接圆半径,h为锥体的高;
③一个侧面垂直于矩形的锥体,此时r为侧面的外接圆半径,h为矩形与侧面非共用的边长。
这三种情况时,都可用下面的公式求解外接球的半径
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具体操作如下:

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