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外接球相关

一数视频(小姚老师)

圆柱模型

  • 圆柱高为 \(h\),底面半径为 \(r\),则根据勾股定理 \(R^2 = r^2 + (\frac 1 2 h)^2\) 求出外接球半径 \(R\)

  • 有线面垂直的棱锥,可以补成圆柱。\(h\) 就是线面垂直中的线;底面就是线面垂直中的面的外接圆,若面为三角形,直接正弦定理 \(\frac a {\sin A} = 2r\) 就能解出外接圆半径 \(r\),如果面为多边形,随便取多边形的三个顶点围成的三角形,和上面一样用正弦定理即可。

  • 若存在动点,或给定外接球半径求最值,一个常用的方法是设 \(h,r\) 然后用不等式或者函数求最值。

    Tip:当两数积与和定一求一时,通常考虑均值不等式。

  • 直棱柱同样转化为圆柱,\(h\) 即为直棱柱的高,\(r\) 即为直棱柱底面外接圆半径(求法和棱锥一样)。

  • 斜棱柱没有外接球。这很显然。

圆锥模型

  • 圆锥高为 \(h\),底面半径为 \(r\),则根据勾股定理 \(R^2 = r^2 + (h-R)^2\) 求外接球半径 \(R\)

    注:不需要在意圆锥的外接球球心是否在圆锥内部,因为无论在不在列出来的勾股定理式子都是一样的。

  • 侧棱长均相等的棱锥,可以补成圆锥,\(h\) 为棱锥的高,\(r\) 依然是棱锥底面外接圆。

台体模型

  • 台体需要分讨球心是否在台体内部。令台体下底面半径 \(r_1\),上底面半径 \(r_2\),高 \(h\)

    • 球心在台体内部:还是勾股定理(如上图),\(\sqrt {R^2 - r_2^2} + \sqrt {R^2 - r_1^2} = h\)\(R\)

    • 球心在台体外部:类似地,\(\sqrt {R^2 - r_2^2} - \sqrt {R^2 - r_1^2} = h\)

  • 棱台可以补成圆台,\(r_1,r_2\) 就是下底面、上底面外接圆半径,\(h\) 就是棱台的高。注意需要分讨球心是否在台体内部

长方体模型

简单的。

  • 长方体外接球半径即为体对角线。

  • 墙角模型可以补成长方体,这个模型就是存在三条棱两两垂直的三棱锥,那么这三条棱就是长方体的三条棱。然后它也可以衍生出一些奇怪的墙角模型(上面第二个图),总之看到有一堆直角(一般 \(\ge 3\) 个)的三棱锥就考虑一下能不能补成长方体就好了。

  • 对棱相等的三棱锥可以转化为长方体的每个面对角线形成的三棱锥,设这个三棱锥棱长为 \(a,b,c\)(和上面第三个图正好相反),则可以列方程:

    \[\begin{cases} a^2=y^2+z^2 \\ b^2=x^2+z^2 \\ c^2=x^2+y^2 \end{cases} \]

    或者直接背公式:

    \[R = \frac { \sqrt {2(a^2+b^2+c^2)} } {4} \]

    GPT 对话

http://www.jsqmd.com/news/678655/

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