2016江苏高三数学三轮复习问题7.1 多面体与球的组合体问题解析版

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1、突破170分之江苏2016届高三数学复习提升秘籍突破170分之江苏高三数学复习提升秘籍专题九问题一：多面体与球的组合体问题纵观近几年高考对于组合体的考查，重点放在与球相关的外接与内切问题上.要求学生有较强的空间想象能力和准确的计算能力，才能顺利解答.从实际教学来看，这部分知识是学生掌握最为模糊，看到就头疼的题目.分析原因，除了这类题目的入手确实不易之外，主要是学生没有形成解题的模式和套路，以至于遇到类似的题目便产生畏惧心理.本文就高中阶段出现这类问题加以类型的总结和方法的探讨.一、球与柱体的组合体规

2、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面积等相关问题.1.1球与正方体如图1所示，正方体，设正方体的棱长为，为棱的中点，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，截面图为正方形和其内切圆，则；二是与正方体各棱相切的球，截面图为正方形和其外接圆，则；三是球为正方体的外接球，截面图为长方形和其外接圆，则.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

3、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.例1棱长为1的正方体的8个顶点都在球的表面上，分别是棱，的中点，则直线被球截得的线段长为_____________.解：由题意可知，球为正方体的外接球.平面截面所得圆面的半径突破170分之江苏2016届高三数学复习提升秘籍直线被球截得的线段为球的截面圆的直径.【牛刀小试】将棱长为2的正方体木块削成一个体积最大的球，则这个球的表面积为_________.【答案】4【解析】体积最大的球

4、是其内切球，即球半径为1，所以表面积为.1.1球与长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.设长方体的棱长为其体对角线为.当球为长方体的外接球时，截面图为长方体的对角面和其外接圆，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____________.解：利用运动的观点分析在小球移动的过程中，进过部分的几何体.因半径为1的小球恰好为棱长为2的正方体的内切球，故小球经

5、过空间由上往下看为：半个小球、高为2的圆柱和半个小球，三部分的体积为：【牛刀小试】已知正四棱柱的底边和侧棱长均为，则该正四棱锥的外接球的表面积为.【答案】36π【解析】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.设正三棱柱的高为底面边长为，如图2所示，和分别为上下底面的中心.根据几何体的特点，球心必落在高的中点，借助直角三角形的勾股定理，可求.突破170分之江苏2016届高三数学复习提升秘籍BCC1A1AD1EE1DDOB1图2[来源

6、:学&科&网]例3正四棱柱的各顶点都在半径为的球面上，则正四棱柱的侧面积有最值，为.【解析】【牛刀小试】直三棱柱的六个顶点都在球的球面上，若，，突破170分之江苏2016届高三数学复习提升秘籍，则球的表面积为______________.【答案】【解析】二、球与锥体的组合体规则的锥体，如正四面体、正棱锥、特殊的一些棱锥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，通过球的半径和棱锥的棱和高产生联系，然后考查几何体的体积或者表面积等相关问题.2.1球与正四面体CBADSOE图4正四面体作为一

7、个规则的几何体，它既存在外接球，也存在内切球，并且两心合一，利用这点可顺利解决球的半径与正四面体的棱长的关系.如图4，设正四面体的棱长为，内切球半径为，外接球的半径为,取的中点为，为在底面的射影，连接为正四面体的高.在截面三角形,作一个与边和相切，圆心在高上的圆,即为内切球的截面.因为正四面体本身的对称性可知，外接球和内切球的球心同为.此时，,则有解得：这个解法是通过利用两心合一的思路，建立含有两个球的半径的等量关系进行求解.同时我们可以发现，球心为正四面体高的四等分点.突破170分之江苏2016届

8、高三数学复习提升秘籍如果我们牢记这些数量关系，可为解题带来极大的方便.例4将半径都为１的四个钢球完全装入形状为正四面体的容器里，这个正四面体的高的最小值为_________.【解析】2.2球与三条侧棱互相垂直的三棱锥球与三条侧棱互相垂直的三棱锥组合问题，主要是体现在球为三棱锥的外接球.解决的基本方法是补形法，即把三棱锥补形成正方体或者长方体.常见两种形式：OCC1A1ABDD1B1图5一是三棱锥的三条侧棱互相垂直并且相等，则可以补形为一个正方体，它的外接球的球心就是三