柱.锥体外接球半径与其棱长关系的一种简单推导方法

在五种正多面体中,正四面体和正方体是最特殊,最简单,最常见,也是我们最熟悉的两种几何体。但它们之间很特别的关系,很多学生不一定很熟悉,即使有所了解也不一定能灵活运用,解决正四面体的相关问题时也会感觉到很繁琐。

正四面体和正方体所有度量上的特征都只与它们的棱长有关,如高,体积,外接球的半径等。对于正方体而言,这些方面的结论都很容易记得住,相关问题很简单,解题自然很快。但在正四面体中,这些方面的结论,如果在任何时候都记得住,解决相关问题自然也容易。万一记不住呢?而且,这些结论也确实不容易记住,若再按一般方法推导,费时费力。而从正四面体与正方体的关系入手,推导有关结论就简洁而迅速。

事实上,在正方体abcd-a ′b ′c ′d ′中可以截一个正四面体a ′-bc ′d 出来,反过来正四面体a ′-bc ′d 也可以补全成一个正方体abcd-a ′b ′c ′d ′。如图所示,

正方体的外接球也就是正四面体的外接球。这样把有关正四面体的问题放在正方体中研究就方便的多。

例如,已知正四面体a ′-bc ′d 的棱长为a ,求正四面体的高h ,体积v ,外接球的半径r 。

解:把正四面体a ′-bc ′d 补全成一个正方体abcd-a ′b ′c ′d ′,设正方体的棱长为b ,则易知b=a,先求正四面体的体积v ,设三棱锥a ′-abd 的体积为,易知

再求正四面体的高h , 即

最后再求外接球的半径r ,易知

即,正四面体的体积,高,外接球的半径。

这种把锥体补全成柱体后,再研究其外接球的思想方法,在解题时灵活运用,准确而迅速,简洁而高效。

例如,三棱锥的三对棱分别相等,分别等于5,,求它的外接球的表面积。(50) 练习:设正四面体的外接球的半径为6,则该正四面体的体积是_________。

在五种正多面体中,正四面体和正方体是最特殊,最简单,最常见,也是我们最熟悉的两种几何体。但它们之间很特别的关系,很多学生不一定很熟悉,即使有所了解也不一定能灵活运用,解决正四面体的相关问题时也会感觉到很繁琐。

正四面体和正方体所有度量上的特征都只与它们的棱长有关,如高,体积,外接球的半径等。对于正方体而言,这些方面的结论都很容易记得住,相关问题很简单,解题自然很快。但在正四面体中,这些方面的结论,如果在任何时候都记得住,解决相关问题自然也容易。万一记不住呢?而且,这些结论也确实不容易记住,若再按一般方法推导,费时费力。而从正四面体与正方体的关系入手,推导有关结论就简洁而迅速。

事实上,在正方体abcd-a ′b ′c ′d ′中可以截一个正四面体a ′-bc ′d 出来,反过来正四面体a ′-bc ′d 也可以补全成一个正方体abcd-a ′b ′c ′d ′。如图所示,

正方体的外接球也就是正四面体的外接球。这样把有关正四面体的问题放在正方体中研究就方便的多。

例如,已知正四面体a ′-bc ′d 的棱长为a ,求正四面体的高h ,体积v ,外接球的半径r 。

解:把正四面体a ′-bc ′d 补全成一个正方体abcd-a ′b ′c ′d ′,设正方体的棱长为b ,则易知b=a,先求正四面体的体积v ,设三棱锥a ′-abd 的体积为,易知

再求正四面体的高h , 即

最后再求外接球的半径r ,易知

即,正四面体的体积,高,外接球的半径。

这种把锥体补全成柱体后,再研究其外接球的思想方法,在解题时灵活运用,准确而迅速,简洁而高效。

例如,三棱锥的三对棱分别相等,分别等于5,,求它的外接球的表面积。(50) 练习:设正四面体的外接球的半径为6,则该正四面体的体积是_________。


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