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    2024年高考数学一轮复习(新高考版) 第7章 §7.2 球的切、接问题[培优课]

    千伯自习室

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    3.0分

    共12页 2024-09-07 3知币
    §7.2 球的切、接问题
    球的切、接问题,是历年高考的热点内容,经常以客观题出现.一般围绕球与其他几何
    体的内切、外接命题,考查球的体积与表面积,其关键点是确定球心.
    题型一 定义法
    例1 (1)(2023·宣城模拟)在三棱锥 P-ABC 中,PA⊥平面 ABC,PA=2,AB=2,AC=
    4,∠BAC=45°,则三棱锥 P-ABC 外接球的表面积是(  )
    A.14π B.16π C.18π D.20π
    答案 D
    解析 在△BAC 中,∠BAC=45°,AB=2,AC=4,
    由余弦定理可得 BC2=AB2+AC2-2AB·ACcos 45°=8+16-2×4×2×=8,
    则BC2+AB2=AC2,所以 BC⊥AB,
    由PA⊥平面 ABC,BC⊂平面 ABC,得 PA⊥BC,又 PA∩AB=A,PA,AB⊂平面 PAB,
    所以 BC⊥平面 PAB,
    所以 BC⊥PB,
    所以△PBC 为直角三角形,
    又△PAC 为直角三角形,
    所以 PC 是三棱锥 P-ABC 外接球直径,设 O是PC 的中点,即为球心,
    又AC=4,PA=2,
    所以 PC===2,
    所以外接球半径为,
    所以所求外接球的表面积 S=4π×()2=20π.
    (2)(2022·新高考全国Ⅱ)已知正三棱台的高为 1,上、下底面边长分别为 3和4,其顶点都在
    同一球面上,则该球的表面积为(  )
    A.100π B.128π
    C.144π D.192π
    答案 A
    解析 由题意,得正三棱台上、下底面的外接圆的半径分别为××3=3,××4=4.
    设该棱台上、下底面的外接圆的圆心分别为 O1,O2,连接 O1O2(图略),则 O1O2=1,其外接
    球的球心 O在直线 O1O2上.
    设球 O的半径为 R,当球心 O在线段 O1O2上时,R2=32+OO=42+(1-OO1)2,解得 OO1=
    4(舍去);
    当球心 O不在线段 O1O2上时,R2=42+OO=32+(1+OO2)2,解得 OO2=3,
    所以 R2=25,
    所以该球的表面积为 4πR2=100π.
    综上,该球的表面积为 100π.
    思维升华 到各个顶点距离均相等的点为外接球的球心,借助有特殊性底面的外接圆圆心,
    找其垂线,则球心一定在垂线上,再根据到其他顶点距离也是半径,列关系式求解即可.
    跟踪训练 1 已知直三棱柱 ABC-A1B1C1的6个顶点都在球 O的球面上,若 AB=3,AC=
    4,AB⊥AC,AA1=12,则球 O的半径为(  )
    A. B.2 C. D.3
    答案 C
    解析 由题意作图如图,过球心 O作平面 ABC 的垂线,则垂足为 BC 的中点 M.
    ∵AB=3,AC=4,AB⊥AC,∴BC=5,又 AM=BC=,OM=AA1=6,
    ∴球O的半径 R=OA==.
    题型二 补形法
    例2 (1)(2023·大庆模拟)在正方形 ABCD 中,E,F分别为线段 AB ,BC 的中点,连接
    DE,DF,EF,将△ADE,△CDF,△BEF 分别沿 DE,DF,EF 折起,使 A,B,C三点重
    合,得到三棱锥 O-DEF,则该三棱锥的外接球半径 R与内切球半径 r的比值为(  )
    A.2 B.4 C.2 D.
    答案 C
    解析 因为在正方形 ABCD 中,AD⊥AE,CD⊥CF,BE⊥BF,
    所以折起后 OD,OE,OF 两两互相垂直,
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